Обещания беспрецедентных уровней безопасности приближают квантовый интернет к реальности.
Квантовая запутанность, или квантовое сцепление, — это связь, позволяющая частицам сохранять корреляцию таким образом, что состояние одной из них мгновенно влияет на состояние другой, независимо от расстояния между ними.
Это явление лежит в основе квантового интернета, разработка которого сейчас находится в центре множества исследований. Главная задача при создании Интернета будущего — создание квантового ретранслятора. Это устройство необходимо для сохранения целостности информации при передаче по сети.
В обычных сетях для передачи сигналов на большие расстояния требуется регулярное усиление для компенсации потерь. Но в квантовых сетях такой процесс разрушает состояние частиц. Квантовый ретранслятор может решить эту проблему, однако до сих пор исследовательские группы не смогли разработать даже жизнеспособную теоретическую модель. В двух новых исследованиях, опубликованных в журнале Nature, наконец предложена правдоподобная архитектура такого устройства.
На пути к созданию квантового ретранслятора
Квантовые ретрансляторы, теоретически работая как промежуточные звенья между станциями связи квантовой сети, осуществляют прием квантовых сигналов – фотонов, выступающих в роли кубитов (квантовых битов). Полученная информация временно хранится в квантовой памяти, поддерживающей состояние кубитов во время передачи.
Ретранслятор осуществляет операции по повышению качества сигнала и обнаруживает попытки его перехвата, а после этого хранит и обрабатывает сигналы, передавая их далее на следующую станцию квантовой связи.
Новые успехи заметно повысили качество сохранения квантовой информации. Хотя хранение всё ещё ограничено несколькими секундами, это развитие – очередной шаг к появлению квантовых ретрансляторов.
Хранение информации в квантовых состояниях с использованием алмазов и атомов рубидия.
В первом Ученые из Гарварда построили экспериментальную квантовую сеть с двумя узлами на расстоянии 35 километров друг от друга, соединенных оптическим волокном. Каждый узел содержал алмаз с полостью атомного масштаба для хранения квантовых состояний. Цель эксперимента заключалась в поддержании квантовой запутанности между этими точками. Для этого исследователи сначала запутали первый узел фотоном, а затем отправили его во второй узел, где он взаимодействовал с другим алмазом. Взаимодействие удерживало два алмаза в запутанном состоянии в течение одной секунды, что, по словам ученых, достаточно для выполнения дополнительных операций или передачи данных.
Во втором Эксперимент, проведённый в Университете науки и техники Китая, включал три узла, разделённых десятками километров. Вместо алмазов каждый узел состоял из облака сверхохлажденных атомов рубидия – состояния, достигнутого при температуре близкой к абсолютному нулю. Каждый узел выполнял функции памяти и генератора запутанных фотонов. Фотоны передавались между узлами, сохраняя запутанность в течение 100 микросекунд. Для оптимизации сохранения запутанности во всей сети центральный узел отвечал за синхронизацию частот всех фотонов.