Toshiba установила новый рекорд дальности квантовой связи

Исследовательская лаборатория компании Toshiba Europe, расположенная в Кембридже (Великобритания), сообщила об установлении квантовой связи по оптическим волокнам, длина которых превышает 600 км. Заявлено, что "этот прорыв позволит обеспечить безопасную передачу информации на большие расстояния и станет шагом вперед в построении квантового интернета будущего".

В традиционных компьютерах информация кодируется в битах, представленных как ноль или единица. В квантовых компьютерах она кодируется в квантовых битах (кубитах), которые могут быть нулем, единицей или и тем, и другим одновременно. Это резко увеличивает их потенциальную вычислительную мощность, и они могут решать проблемы, выходящие за рамки обычных компьютеров.

Но проблема квантовых вычислений заключается в том, что кубиты чувствительны к помехам из окружающей среды — даже крошечные колебания температуры или вибрации волокон разрушают данные. Это затрудняет передачу квантовой информации на большие расстояния.

Для увеличения дальности квантовой связи Toshiba использовала метод двухдиапазонной стабилизации. Суть его в том, что одновременно посылаются два опорных оптических сигнала на разных длинах волн. Один сигнал используется для подавления быстро меняющихся флуктуаций, а второй – для точной настройки фазы.

      Схема, описывающая метод двухдиапазонной стабилизации

Используя эту методику, команда Toshiba смогла поддерживать постоянный квантовый сигнал с точностью до нескольких десятков нанометров. Это позволило им передавать данные по оптическим волокнам длиной 600 км, что примерно в шесть раз дальше, чем предыдущий рекорд.

Первым использованием технологии, вероятно, будет применение ее для квантового распределения ключей (QKD). Этот метод шифрования использует правило квантовой физики, согласно которому сам факт наблюдения за ключом изменяет его. В результате ключ становится бесполезным для потенциального хакера, а авторизованные пользователи предупреждаются о попытке взлома.

Сейчас коммерческие системы QKD ограничены дистанцией 100–200 км.

Благодаря QKD пользователи могут безопасно обмениваться конфиденциальной информацией (такой как банковские выписки, медицинские записи, частные звонки) даже через ненадежный канал связи (например, интернет).

Подробности работы опубликованы в научном журнале Nature Photonics. Работа частично финансировалась ЕС через проект H2020, OpenQKD.