Ученые сумели найти «лазейку», то есть направление с минимальным шумом, по которому можно телепортировать фотоны, и классическая информация, передаваемая по тому кабелю не будет мешать.
Прошла первая квантовая телепортации по загруженным интернет-кабелям
Инженеры Северо-Западного университета впервые успешно продемонстрировали квантовую телепортацию по оптоволоконному кабелю, уже несущему интернет-трафик.
Инженеры Северо-Западного университета успешно продемонстрировали квантовую телепортацию по оптоволоконному кабелю, уже несущему интернет-трафик. Getty Images
Главное возражение против возможности развертывания квантового интернета сводилось к тому, что для этого нужны чистые каналы без шума. Но кто будет для этого строить еще одну систему кабелей по всей Земле? Ясно, что никто не будет. А значит все разговоры о квантовом интернете — это только разговоры. И вот, оказалось, что квантовая связь может работать в обычном оптоволокне вместе с классическими сигналами. Это совсем другое дело. Не все проблемы решены, но квантовый интернет стал гораздо ближе.
Работа, опубликованная в журнале Optica, значительно упрощает создание инфраструктуры, необходимый для квантового интернета и квантовых вычислений.
Прем Кумар из Северо-Западного университета, возглавлявший исследование говорит: «Наша работа показывает путь к созданию квантово-классических сетей следующего поколения, использующих единую волоконно-оптическую инфраструктуру. По сути, это открывает дверь к продвижению квантовых коммуникаций на следующий уровень».
Что такое квантовая телепортация
Квантовая телепортация.
Ограниченная только скоростью света, квантовая телепортация позволяет создать новый, сверхбыстрый и безопасный способ обмена информацией между удаленными пользователями сети, при котором прямая передача данных не требуется. Процесс работает за счет использования квантовой запутанности — технологии, при которой две частицы связаны между собой, независимо от расстояния между ними. Вместо того чтобы частицы физически перемещались для передачи информации, запутанные частицы обмениваются информацией на больших расстояниях, не перенося ее физически.
«В оптической связи все сигналы преобразуются в свет», — поясняет Кумар. — «В то время как обычные сигналы для классической связи обычно состоят из миллионов частиц света, в квантовой информации используются одиночные фотоны».
«При проведении деструктивного измерения двух фотонов — одного, несущего квантовое состояние, и одного, запутанного с ним фотона, — квантовое состояние переносится на запутанный фотон, который может находиться очень далеко», — говорит соавтор работы Джордан Томас. — «При этом сам фотон не нужно пересылать на большие расстояния, но его состояние все равно оказывается закодированным на удаленном фотоне. Телепортация позволяет обмениваться информацией на больших расстояниях, не требуя, чтобы сама информация преодолевала это расстояние».
Как избежать пробок
Квантовая телепортация. Фотоны обмениваются состояниями
До появления нового исследования многие ученые сомневались, что квантовая телепортация возможна в кабелях, по которым передаются классические сообщения (все предыдущие эксперименты проходили по чистым каналам). Запутанные фотоны должны утонуть среди миллионов других частиц света. Это было бы похоже на велосипед, пытающийся проехать по забитому машинами туннелю.
Но ученые нашли способ помочь фотонам. Проведя глубокие исследования того, как свет рассеивается в оптоволоконных кабелях, исследователи нашли наименее загруженную длину волны света для своих фотонов. Затем они добавили специальные фильтры, чтобы уменьшить шум от обычного интернет-трафика.
«Мы тщательно изучили, как рассеивается свет, и поместили наши фотоны туда, где рассеяние минимально», — говорит Кумар. — «И мы обнаружили, что можем осуществлять квантовую связь без помех со стороны классических каналов, которые одновременно передают классическую информацию».
Чтобы проверить новый метод, ученые установили волоконно-оптический кабель длиной 30 километров. Затем они одновременно отправили по нему квантовую информацию и высокоскоростной интернет-трафик. Наконец, они измерили качество квантовой информации на приемном конце во время выполнения протокола телепортации. Исследователи обнаружили, что квантовая информация была успешно передана — даже в условиях оживленного интернет-трафика.
Будущие возможности
Теперь ученые планируют расширить эксперименты на еще большие расстояния. Они также планирует использовать две пары запутанных фотонов, а не одну пару, чтобы продемонстрировать обмен запутанностью — еще одну важную веху, ведущую к распределенным квантовым приложениям. Наконец, команда изучает возможность проведения экспериментов по реальным наземным оптическим кабелям, а не на катушках в лаборатории.
«Квантовая телепортация способна обеспечить квантовую связь между географически удаленными узлами», — говорит Кумар. — «Но многие люди долгое время полагали, что никто не будет строить специализированную инфраструктуру для передачи частиц света. Если мы правильно выберем длины волн, нам не придется строить новую инфраструктуру. Классические коммуникации и квантовые коммуникации могут сосуществовать».