Россия осталась за бортом: Китай сам спешит внедрить квантовый интернет назло США

Исследовательские группы из Китая, США и Нидерландов независимо друг от друга почти одновременно достигли прорывов, которые могут приблизить человечество ко внедрению квантового интернета, передает SCMP.

Каждая команда использовала оптические волокна длиной в десятки километров для создания сети в городской среде, основанной на квантовом явлении запутанности, которое позволяет паре разделенных фотонов оставаться тесно связанными во времени и пространстве. Возможность использовать запутанность рассматривается как важный шаг на пути к квантовому интернету, обещающий способ генерировать случайные криптографические ключи для закодированной информации так быстро, что они их практически будет невозможно взломать. Квантовую сеть также можно использовать для подключения квантовых компьютеров, расширяя их эксплуатационные возможности.

Команда из Гарвардского университета под руководством физика Михаила Лукина заявила, что "ключевая задача" в реализации практической квантовой связи на большие расстояния "включает в себя надежную запутанность между узлами квантовой памяти, соединенными оптоволоконной инфраструктурой". Каждый узел содержит кубиты, которые общаются через "фотонные каналы".

Ученые продемонстрировали квантовую запутанность, используя оптоволоконные кабели для создания безопасных соединений между принимающими узлами, однако их методы отличались. Так, исследователи из США соединили два узла, расположенных рядом в Гарвардской лаборатории в Кембридже, штат Массачусетс, с помощью оптоволоконной петли длиной 35 км, которая тянулась до Бостона. Команда из Университета науки и технологий Китая (USTC) создала три узла — Алиса, Боб и Чарли — в треугольной сети вокруг Хэфэя, столицы провинции Аньхой, и здания USTC с центральной серверной лабораторией посередине. Все на расстоянии около 10 км. Ученые из Делфтского технологического университета протянули 25 км оптоволокна от Делфта до Гааги, соединяющего два узла с сервером в средней точке.

Китайцы использовали однофотонную схему, используя кубиты, закодированные в ансамбле атомов рубидия, для отправки одного фотона из каждого узла на сервер для запутывания. Когда два фотона поступали на сервер одновременно, достигалось запутанное состояние. Таким образом они протестировали протоколы многоузловых квантовых сетей и перешли к следующему этапу — тестированию непосредственно квантового интернета. Команда рассчитывает к концу десятилетия создать запутанность на 1000 км оптического волокна, используя около 10-ти узлов. Интересно, что в отчете исследователей из КНР не упоминаются совместные проекты с РФ в области квантовой связи.

Вместо того, чтобы полагаться на ансамбль атомов, американская команда использовала алмазные устройства, в которых атомы углерода заменены атомом кремния. По сути, они запутали два маленьких квантовых компьютера. В ходе эксперимента одиночный фотон был отправлен в первый узел, где он запутался с атомом кремния, а затем был отправлен по петле волокна, чтобы зацепить второй атом кремния в другом узле, что позволило запутаться.

Аналогично подходу своих американских коллег, голландские исследователи использовали атомы азота, встроенные в кристаллы алмаза.

Китайские и голландские методы основаны на чрезвычайно точном времени прибытия фотонов на центральный сервер, требуя максимально точных настроек. А вот метод американских исследователей в такой суперточности не нуждался. хотя метод одного атома менее эффективен, чем ансамблевый подход, но он более адаптивен, поскольку его можно использовать для выполнения базовых вычислений. Тем не менее, ученые из КНР утверждают, что их метод имеет эффективность запутывания на два порядка выше, чем метод американских коллег.

Несмотря на то, что демонстрация запутанности между узлами, расположенными в городе, является крупным достижением, это еще не значит, что квантовый интернет готов к коммерциализации, подчеркивают голландские ученые.

Физик Трейси Нортап из Университета Инсбрука, Австрия, которая не принимала участия ни в одном из исследований, сказала, что эксперименты были демонстрацией наиболее продвинутой на данный момент технологии, необходимой для разработки квантового интернета.