Ученые из Калифорнийского технологического института и Национальной лаборатории имени Ферми сделали нас на один шаг ближе к созданию сверхбезопасного и сверхскоростного квантового Интернета. Эти ученые разработали новую технологию, позволяющую осуществлять квантовую телепортацию, т.е. моментальную передачу квантовой информации по оптоволокну на расстояние в 44 километра, обеспечивая, при этом показатель безошибочной передачи данных на уровне 90 процентов.
Отметим, что для построения будущих квантовых коммуникационных сетей важны оба показателя — и дальность передачи данных, и показатель количества возникающих при этом ошибок. Любое значимое достижение в одной из этих областей приближает тот момент, когда на Земле начнут появляться квантовые коммуникационные системы следующих поколений.
В любой квантовой технологии сейчас используются кубиты, частицы, несущие квантовую информацию. Однако, извлечь эту информацию из кубитов можно лишь разрушив хрупкое квантовое состояние суперпозиции. В качестве примера можно сказать, что несколько запутанных квантовых частиц, находящихся в состоянии суперпозиции можно представить себе как игральные кости, находящиеся еще в стадии вращения.
Запутанные кубиты всегда имеют одно и тоже квантовое состояние, которое «проявляется» только в момент измерения. Если взять упомянутую выше аналогию с игральными костями, то «игральные кости» запутанных частиц при остановке (измерении) покажут одно и тоже число, даже если они будут находиться физически в различных местах.
Вернемся к проведенной калифорнийскими учеными процедуре телепортации. В этой процедуре было задействовано не два (как обычно), а три запутанных кубита, два из которых были кубитами на основе фотонов света. Получается что такой вид запутанности, с участием трех кубитов, немного более устойчив и стабилен, чем запутанность с участием всего двух кубитов.
После формирования трех запутанных кубитов два из них направляются в сегменты оптоволокна, условно проложенные в противоположных направлениях. И суммарная длина этих двух сегментов составляет 44 километра на нынешний момент времени. После того, как фотоны-кубиты достигают концов сегментов оптоволокна, они принимают участие в процедуре передачи квантовой информации после чего запутанность тройки кубитов полностью и бесповоротно разрушается.
Отметим, что ученым ранее удавалось телепортировать квантовую информацию и на существенно большие расстояния, но при этом достигался очень низкий показатель точности передаваемой информации. Данный случай является первым в истории науки, когда телепортация была осуществлена с такой высокой точностью и на расстояние, которое сопоставимо с расстояниями в далеко не самом маленьком городе. Другими словами, на основе новой технологии можно будет создавать квантовые сети городского масштаба, хотя до этого момента ученым потребуются еще годы интенсивной работы.
«Эта демонстрация закладывает основу для начала строительства городской квантовой сети, которая первой будет развертываться в Чикаго» — пишут исследователи, — «А до конца второго квартала 2021 года мы проведем еще ряд работ и модернизаций, которые позволят улучшить ключевые характеристики нашей системы».
