Квантова телепортація стала реальністю на активних інтернет-кабелях

Дослідники з Північно-Західного університету досягли важливої ​​віхи, успішно продемонструвавши квантову телепортацію за допомогою оптоволоконного кабелю, який також передає регулярний Інтернет-трафік. Ця інновація спрощує потенційну інтеграцію квантових і класичних комунікацій, пропонуючи шлях до спільної інфраструктури. Експеримент довів, що квантову інформацію можна передавати разом зі звичайними даними без перешкод, що обіцяє більш ефективні та безпечні комунікаційні технології.

Прорив у квантовій телепортації

Інженери Північно-Західного університету досягли революційної віхи, успішно продемонструвавши квантову телепортацію через оптоволоконний кабель, який уже передає регулярний Інтернет-трафік. Цей прорив свідчить про те, що квантовий зв’язок можна інтегрувати з існуючою інфраструктурою Інтернету, усуваючи потребу в виділених мережах і спрощуючи технологію, необхідну для квантових обчислень і додатків зондування.

Висновки команди будуть опубліковані сьогодні (20 грудня) в журналі Optica.

«Це неймовірно захоплююче, тому що ніхто не думав, що це можливо», — сказав Прем Кумар з Northwestern, який керував дослідженням. «Наша робота показує шлях до квантових і класичних мереж наступного покоління, які спільно використовують уніфіковану волоконно-оптичну інфраструктуру. По суті, це відкриває двері для просування квантових комунікацій на новий рівень».

Експерт з квантової комунікації, Кумар є професором електротехніки та комп’ютерної інженерії в Північно-Західній інженерній школі МакКормік, де він керує Центром фотонної комунікації та обчислення.

Механіка квантової телепортації

Лише обмежена швидкістю світла квантова телепортація може зробити зв’язок майже миттєвим. Процес працює за допомогою квантової заплутаності, техніки, за якої дві частинки з’єднуються незалежно від відстані між ними. Замість того, щоб частинки фізично подорожували, щоб доставити інформацію, заплутані частинки обмінюються інформацією на великі відстані — без фізичного перенесення.

«В оптичних комунікаціях усі сигнали перетворюються на світло», — пояснив Кумар. «У той час, як звичайні сигнали для класичної комунікації зазвичай містять мільйони частинок світла, квантова інформація використовує окремі фотони».

Інновації в Photon Management

До нового дослідження Кумара загальноприйнята думка припускала, що окремі фотони потонуть у кабелях, наповнених мільйонами частинок світла, які передають класичний зв’язок. Це було б схоже на неміцний велосипед, який намагається проїхати крізь переповнений тунель, де мчать великовантажні автомобілі.

Однак Кумар і його команда знайшли спосіб допомогти делікатним фотонам триматися подалі від жвавого руху. Провівши поглиблені дослідження того, як світло розсіюється в оптоволоконних кабелях, дослідники знайшли менш переповнену довжину хвилі світла для розміщення своїх фотонів. Потім вони додали спеціальні фільтри для зменшення шуму від звичайного інтернет-трафіку.

«Ми уважно вивчили, як світло розсіюється, і розмістили наші фотони в юридичній точці, де цей механізм розсіювання мінімізований», — сказав Кумар. «Ми виявили, що можемо здійснювати квантовий зв’язок без перешкод з боку класичних каналів, які присутні одночасно».

Майбутні перспективи та розширення експерименту

Щоб перевірити новий метод, Кумар і його команда встановили 30-кілометровий оптоволоконний кабель з фотоном на обох кінцях. Потім вони одночасно надсилали через нього квантову інформацію та регулярний інтернет-трафік. Нарешті, вони виміряли якість квантової інформації на приймальному кінці під час виконання протоколу телепортації, виконавши квантові вимірювання в середній точці. Дослідники виявили, що квантова інформація успішно передається — навіть за напруженого інтернет-трафіку.

Далі Кумар планує поширити експерименти на більші відстані. Він також планує використовувати дві пари заплутаних фотонів — замість однієї пари — щоб продемонструвати заміну заплутаності, ще одну важливу віху, що веде до розподілених квантових додатків. Нарешті, його команда вивчає можливість проведення експериментів на реальних підземних оптичних кабелях, а не на котушках у лабораторії. Але навіть маючи ще багато роботи, Кумар налаштований оптимістично.

«Квантова телепортація має можливість забезпечити квантове з’єднання безпечно між географічно віддаленими вузлами», — сказав Кумар. «Але багато людей давно вважали, що ніхто не буде будувати спеціалізовану інфраструктуру для надсилання частинок світла. Якщо ми правильно виберемо довжини хвиль, нам не доведеться будувати нову інфраструктуру. Класична комунікація та квантова комунікація можуть співіснувати».