Создана ключевая технология квантового интернета

Ученые из Школы инженерных и прикладных наук Гарвардского университета и Массачусетского технологического института нашли способ исправить потерю сигнала при передаче квантовой информации с помощью прототипа специального узла, который может улавливать, хранить и запутывать кубиты. Работа исследователей опубликована в журнале Nature.

Квантовый интернет может использоваться для отправки секретных сообщений, повышения точности GPS и увеличения мощности облачных вычислений. На протяжении более чем двадцати лет мечты о создании такой сети оставались недосягаемыми по большей части из-за трудностей передачи квантовых сигналов на большие расстояния без потерь.

Это связано с потерей фотонов по пути от отправителя сообщения к получателю. И это — самое главное препятствие на пути к квантовому интернету. К сожалению, тот же принцип, что делает такую технологию передачи информации безопасной, не позволяет восстанавливать потерянный по пути сигнал, как это можно сделать в стандартной коммуникационной сети.

Как усилить и исправить частично потерявшийся сигнал, если вы не можете его прочитать? Решение этой, казалось бы, невыполнимой задачи предполагает использование так называемого квантового ретранслятора. В отличие от классических ретрансляторов, которые усиливают сигнал через существующую сеть, квантовые ретрансляторы создают сеть запутанных частиц, через которые может передаваться сообщение.

По сути, квантовый ретранслятор — это небольшой квантовый компьютер специального назначения. На каждом этапе своей работы квантовые ретрансляторы должны быть способны улавливать и обрабатывать кубиты для исправления ошибок и хранить их достаточно долго, чтобы ими могла воспользоваться остальная часть сети. До сих пор это было невозможно по двум причинам: во-первых, одиночные фотоны очень трудно поймать, а во-вторых, квантовая информация очень хрупкая, что делает очень сложной ее обработку и хранение в течение длительного времени.

Авторы новой работы смогли создать новый тип квантового резонатора. В его основе лежат центры окраски, созданные из кремниевых вакансий в алмазе. Эти центры представляют собой крошечные дефекты в атомной структуре алмаза, которые могут поглощать и излучать свет с определенными характеристиками. Исследователи поместили такие единичные центры в нанополость внутри алмаза, которая ограничивает движение фотонов и заставляет их провзаимодействовать с этим центром.

Затем исследователи поместили резонатор в криогенную камеру, где создали температуру, близкую к абсолютному нулю, после чего бомбардировали материал единичными фотонами, отправленными по оптоволоконным кабелям. Ученые выяснили, что устройство может хранить квантовую информацию в течение нескольких миллисекунд — достаточно долго, чтобы можно было перенести информацию на тысячи километров. Электроды, встроенные в алмаз вокруг полости, использовались для подачи управляющих сигналов, позволяющих обрабатывать и хранить квантовую информацию.

Источник: indicator.ru

Комментарии: