Ученые совершили квантовую телепортацию: как она позволит создать сверхбыстрый интернет

Они опубликовали результаты своего исследования в рецензируемом журнале Optica.

Известный физик Альберт Эйнштейн впервые описал в 1930-х годах свойство квантовой запутанности, в частности, тот факт, что частицы могут испытывать необъяснимую, невидимую связь даже через огромные расстояния. Когда положение, ориентация и другие свойства частицы передаются запутанной частице где-то еще, принимающая частица немедленно приобретает характеристики исходной. Явление называют квантовой телепортацией и планируют использовать для мгновенной передачи данных на огромные расстояния.

Исследователи и ученые использовали знания о запутанности для телепортации частиц с момента первого успешного эксперимента в 1997 году, но передача информации невероятно хрупка и подвержена затуханию сигнала и декогеренции (когда квантовая система разрушается и может быть объяснена с помощью классической физики) при взаимодействии с другими волновыми формами и полями. Это означает, что единственные реальные истории успеха до сих пор были связаны с отправкой информации о запутанных частицах по выделенным каналам, таким как автономные оптоволоконные соединения.

Теоретически, квантовые и обычные интернет-сети работать благодаря одним и тем же оптическим волокнам, однако большое количество сигналов могут прервать хрупкое квантовое состояние. В новой работе американские ученые использовали для этого обычную оптоволоконную интернет-сеть, которой уже пользуются люди. Исследователи обнаружили, что если они запускают фотон, используя правильные условия, они могут минимизировать путь, пройденный сигналом, тем самым уменьшая помехи, с которыми он столкнется.

"Мы сообщаем, насколько нам известно, о первой демонстрации квантовой телепортации по волокнам, передающим обычный телекоммуникационный трафик. Передача квантового состояния достигается по волокну длиной 30,2 км, передающему классический трафик C-диапазона 400 Гбит/с, с измерением состояния Белла, выполняемым в средней точке волокна", — написали они в статье.

Исследование показало, что точность хорошо поддерживается при повышенной мощности запуска C-диапазона 18,7 дБм для одноканального сигнала 400 Гбит/с, который, по прогнозам, может поддерживать несколько классических каналов. Общая скорость передачи данных может составлять много терабит в секунду.

Как комментирует издание Popular Mechanics, команда из Северо-Западного университета совершила научный прорыв. Из-за того, насколько хрупким является процесс квантовой передачи, ученые долгое время предполагали, что следующее поколение интернет-трафика, квантовым по своей природе, не сможет сосуществовать с данными, которые сегодня несут потоковые трансляции сериалов, текстовые сообщения и онлайн-транзакции банков. Некоторые эксперименты смогли сохранить когерентность запутанного сигнала через смоделированные интернет-потоки информации, но никогда через сам интернет.

Достижение даст толчок развитию квантовых вычислений, которые давно проводятся внутри отдельно взятых устройств, где каналы данных тщательно управляются и контролируются, но пока не могут передаваться наружу и обратно. Квантовый интернет позволит создавать куда более мощные приложения. В Popular Mechanics предвидят появление улучшенной криптографии, продвинутого искусственного интеллекта, который обучается экспоненциально быстрее и лучше, средств для точного моделирования сложных систем.