У США хочуть створити квантовий інтернет у вакуумних лампах з використанням фокусуючих лінз

Ця мережа використовуватиме спеціалізовані канали зв'язку, призначені для передачі квантових станів кубітів, прокладаючи шлях до розподілених квантових обчислень. Такі досягнення можуть експоненціально збільшити потужність квантових комп'ютерів, які вже вважаються дуже перспективними.

Як це працюватиме

Ініціатива черпає натхнення в методах, що використовуються в обсерваторіях гравітаційних хвиль, де кубіти повинні передаватися у вакуумі, щоб підтримувати свої квантові стани. Цей амбітний проєкт фінансується військовими та іншими державними органами США, що є свідченням його стратегічної важливості.

Квантовий інтернет обіцяє не лише повністю безпечний зв'язок, який неможливо непомітно зламати, але й значний стрибок в обчислювальних потужностях. Розподілені квантові обчислення вирішують поточні проблеми масштабування квантових платформ, які обмежені фізичним розміром і кількістю кубітів. Перерозподіляючи обчислювальне навантаження, можна значно підвищити продуктивність квантових систем.

Запропонована карта квантової мережі США / Фото Jiang Group / University of Chicago

Проблема та її вирішення

Дослідники вже продемонстрували можливість обміну квантовими станами на великі відстані за допомогою фотонного кодування. Цей метод дозволяє передавати квантові стани через звичайну волоконну оптику та лазери, повітрям, вакуумом чи навіть супутниками. Однак нинішні швидкості передачі є низькими, а оптичні волокна страждають від значного загасання.

Щоб подолати ці обмеження, вчені з Чиказького університету використали досвід обсерваторій гравітаційних хвиль, які використовують трикілометрові тунелі, що підтримуються у високому вакуумі (10^-11 атмосфер).

У цих тунелях фотони долають величезні відстані, реагуючи на гравітаційні хвилі. Аналогічно, квантова інформація, закодована у станах фотонів, може передаватися на сотні або навіть тисячі кілометрів, якщо вздовж усього маршруту використовувати систему фокусуючих лінз.

Запропонована мережа квантового інтернету складатиметься з вакуумних трубок діаметром 20 см, оснащених фокусуючими лінзами через кожні кілька кілометрів. Розрахунки показують, що система може ефективно функціонувати при середньому рівні вакууму 10^-4 атмосфер.

Наступний етап проєкту передбачає проведення економічного обґрунтування, хоча дослідники підкреслюють, що фінансування не буде стримуючим фактором для створення високошвидкісної квантової мережі.