Квантовая телепортация на домашнем поле оптоволокна

Квантовая связь уже давно манит учёных своими возможностями, обещая передачу данных с почти фантастическими скоростями. Однако задача эта не из простых - классические оптические сети совсем не привыкли к странностям квантовой физики. В таких сетях фотоны, несущие квантовую информацию, легко затухают на фоне безумных потоков обычного света, словно иголка в стоге сена. Но команда учёных из Северо-Западного университета (Эванстон, США) не дрейфила, а нашла метод, решающий эту задачу. Так что же они придумали? Давайте разбираться.

Где всё начиналось

Телекоммуникационные сети – те самые, что делают возможным наш интернет, – давно привлекают учёных для создания инфраструктуры квантовых технологий. Эти сети могут применяться для сверхзащищённой квантовой криптографии, дистанционного квантового вычисления и прочих научных изысков. Но есть одна загвоздка: обычные телекоммуникации и квантовые сигналы делят одно поле игры – оптоволокно. Увы, их совместное существование в одном кабеле напоминает соседство громкой строительной бригады в библиотеке. Мощные классические сигналы рождают шум, который заглушает хрупкие квантовые фотоны.

Для борьбы с этой проблемой учёные использовали старый проверенный трюк – световое мультиплексирование. Это штука, которая распределяет сигналы по разным длинам волн, позволяя "развести" квантовые и классические потоки в одном волокне. Казалось бы, прекрасно! Но тут на сцену выходит главный злодей – спонтанное рассеяние Рамана, способное превратить квантовую информацию в набор хаотического шума.

Впрочем, не зря в Северо-Западном университете учатся серьёзные ребята. Они создали эксперимент, показывающий, как квантовые фотоны могут "выживать" даже в буйном мире классической телекоммуникации. В ходе своей работы они использовали метод квантовой телепортации – процесс, при котором квантовое состояние частиц передаётся на расстояние, минуя физическое перемещение.

Эксперименты, или как проверяют мечты на прочность

Напомню, в квантовой телепортации никакие фотоны мгновенно не "телепортируются" (увы, никакой магии – только физика). Речь идёт о передаче состояния одной частицы на другую, благодаря свойствам квантовой запутанности. Учёные создали трёхузловую экспериментальную сеть длиной 30 километров, в которой квантовые взаимодействия сосуществовали с обычными интернет-данными.

В опыты включались лазеры, фоторегистраторы, специальные фильтры для шума и, конечно, волокна с хитрым распределением длин волн. На каждом узле система тщательным образом справлялась с шумом и распределяла квантовые фотоны там, где это было необходимо. Классический сигнал одновременно нёс 400 Гбит/с полезных данных, не убивая при этом квантовую запутанность.

Когда пришло время проверить эффективность, результаты приятно удивили. Точность передачи квантового состояния значительно превышала границу, которая отделяет классическую физику от квантовой. Фактически, даже в условиях сильного шума система работала с завидной стабильностью.

Что же всё это значит

Это исследование доказывает, что мечты о слиянии классических и квантовых сетей уже не так фантастичны. Уж очень хочется верить, что вскоре мы увидим не только лабораторные успехи, но и реальное внедрение новых технологий. Представьте себе будущее, где квантовые сети обеспечат мгновенную и сверхнадёжную связь – что-то вроде магического WhatsApp, который нельзя взломать.

Конечно, ещё остаётся много вопросов, например, как увеличить расстояние и оптимизировать схемы передачи. Но факт, что удалось использовать классические коммуникации и квантовую телепортацию в одном волокне, – уже огромный шаг к новым рубежам науки.

Итог

Таким образом, квантовая телепортация снова доказывает свой потенциал. Благодаря хитрым фильтрам и правильному выбору длины волн, учёные сделали первый шаг к тому, чтобы объединить два мира: классической связи и квантовой механики. Если эта технология получит широкое распространение, однажды мы сможем передавать данные быстрее, чем успеваете нажать "отправить".

Конечно, путь к повсеместному её внедрению ещё очень сложен – много работы, тестов и проверки на жизнеспособность. Но квантовая телепортация уже звучит как нечто, что скоро мы будем воспринимать так же, как сейчас воспринимаем Wi-Fi: с той лишь разницей, что вместо разочарования "что за медленный интернет?!" можно будет задаваться другим вопросом: "почему информация не успевает за мной?".

Источник: vk.com

Комментарии: