Квантовая телепортация через оптоволокно: как учёные телепортировали свет на расстояние 30 км

Квантовое состояние света успешно телепортировали через более чем 30 километров оптоволоконного кабеля в условиях интенсивного интернет-трафика — инженерное достижение, которое ранее считалось невозможным.

Впечатляющий эксперимент, проведённый учёными из США, вряд ли поможет мгновенно добраться до работы или быстрее скачать любимые видео с котиками.

Однако способность телепортировать квантовые состояния через существующую инфраструктуру является важным шагом к созданию сети для вычислений или усиленного шифрования.

"Это невероятно захватывающе, потому что никто не думал, что это возможно", — говорит Прем Кумар, инженер из Северо-Западного университета, возглавивший исследование.

"Наша работа показывает путь к созданию сети нового поколения, где квантовые и классические коммуникации будут использовать единую оптоволоконную инфраструктуру. Это открывает дверь к следующему этапу развития квантовой связи".

Хотя телепортация вызывает ассоциации с системами из "Звёздного пути", которые перемещают пассажиров через время и пространство за мгновение, в реальности процесс основан на переносе квантового состояния объекта из одной точки в другую. При этом исходное состояние разрушается, чтобы передать ту же информацию другому объекту.

Измерение двух объектов мгновенно связывает их состояния, но для создания этой связи требуется передача информации между точками в пространстве.

Квантовое состояние любого объекта — это своего рода "туман" возможностей, который легко разрушается под воздействием внешних факторов. Электромагнитное излучение и тепловое движение частиц быстро превращают квантовое состояние в классическое, если его не защитить.

Защита квантовых состояний внутри компьютеров — сложная, но решаемая задача. Однако отправить одиночный фотон через оптоволоконный кабель, наполненный банковскими транзакциями, видео и текстовыми сообщениями, сохранив его квантовое состояние, гораздо труднее. Это сравнимо с попыткой бросить сахарную вату в Миссисипи и надеяться, что она останется такой же сладкой на выходе.

Чтобы сохранить состояние фотона в условиях интернет-трафика со скоростью 400 гигабит в секунду, команда учёных применила ряд методов, которые ограничивали канал передачи фотона и минимизировали вероятность его рассеяния и взаимодействия с другими волнами.

"Мы тщательно изучили, как рассеивается свет, и выбрали точку, где этот процесс минимален", — объясняет Кумар.

"Мы обнаружили, что можем осуществлять квантовую связь без помех от классических каналов, которые работают одновременно".

Хотя другие исследовательские группы уже передавали квантовую информацию параллельно с симулированными интернет-данными, команда Кумара впервые телепортировала квантовое состояние в условиях реального интернет-трафика.

Каждый новый эксперимент приближает нас к созданию квантового интернета, который предоставит инженерам новые инструменты для измерений, мониторинга, шифрования и вычислений, причём без необходимости кардинально перестраивать существующую сеть.

"Квантовая телепортация позволяет надёжно соединять удалённые узлы квантовой сети", — говорит Кумар.

"Многие считали, что для этого потребуется строительство специальной инфраструктуры для передачи частиц света. Однако, если мы правильно подберём длины волн, в этом не будет необходимости. Классические и квантовые коммуникации могут сосуществовать", — добавляет он.

Этот эксперимент открывает новые перспективы для квантовых технологий. Возможность передавать квантовые состояния через уже существующие оптоволоконные сети делает создание квантового интернета более реалистичным и доступным. Это не только сократит затраты, но и ускорит внедрение технологий, которые смогут кардинально изменить нашу повседневную жизнь.

Квантовый интернет обещает обеспечить более высокий уровень безопасности данных благодаря свойствам квантовой механики, которые делают перехват информации практически невозможным.

Кроме того, такие сети могут использоваться для сверхточных измерений, сложных вычислений и новых методов передачи информации.

Хотя до повсеместного внедрения квантового интернета ещё далеко, успех команды Кумара доказывает, что мы на правильном пути. Их работа закладывает основу для интеграции квантовых технологий в существующие коммуникационные системы, делая будущее квантовых коммуникаций всё более осязаемым.