Команда ученых из Германии увеличила расстояние, на которое квантовая информация может перемещаться от стационарного запоминающего устройства через стандартный оптоволоконный канал. В рамках постановки опыта информация, содержащаяся в одном квантовом бите, преобразуется в один фотон, а затем ее отправляют в путешествие по 20-километровому волоконно-оптическому кабелю.
Это открытие поможет увеличить дистанцию, на которую квантовые системы (включая квантовые компьютеры и концентраторы квантовой связи) могут быть физически разнесены, оставаясь при этом синхронизированными. Оно является значительной вехой на пути к так называемому квантовому ретранслятору, который в целом расширит зону влияния квантовых технологий на связь любого уровня (локального, в рамках одной страны или даже интернационального).
Исследователи на данный момент располагают только половиной полноценной системы связи (от одного стационарного кубита до другого). Для реализации всей системы целиком ученые должны научиться декодировать информацию (то есть приводить ее в первоначальное состояние). Таким образом, данные в отдельном кубите будут переданы фотону, пройдут некоторое расстояние, а затем перенесутся обратно в один атом на другом конце цепочки.
В эксперименте атомы рубидия были захвачены настольной лазерной ловушкой, их температуру понизили до микродолей градуса выше абсолютного нуля. Потом исследователи отобрали отдельный атом из целого облака его «собратьев» с помощью оптического пинцета. Такой инструмент получается из сфокусированного лазерного луча, который подталкивает атомы, как будто манипуляция производится физическими пинцетами.
Далее атому была передана дополнительная энергия, которая перевела его в возбужденное состояние. Другими словами, атом перешел в позицию квантовой неопределенности, которая представляет собой версию этого возбужденного состояния как со спином вверх, так и со спином вниз. Когда атом распадается, поляризация полученного фотона зависит от спина электрона, при этом фотон остается связанным со своим «родителем» на квантовом уровне.
Следующий этап включал захват поляризованного фотона и преобразование его в волоконно-оптический фотон S-диапазона, который в среднем может пройти через 20 км волокна, прежде чем будет поглощен или ослаблен. Исследователи обнаружили, что они могут сохранить в среднем около 78 % запутанности между атомом рубидия и волоконно-оптическим фотоном.
По словам Г. Вайнфутера, профессора физики в Мюнхенском университете Людвига Максимилиана (Германия), следующий вызов для ученых – это создание в своей лаборатории полноценно функционирующей квантовой системы связи между атомами и фотонами.
Судя по всему, профессор не слишком любит фотографироваться, на просторах сети мы смогли найти только 2 очень маленьких фотографии с ним в низком разрешении, но тем не менее, приведём их здесь:
В теории фотоны света должны транслировать содержащуюся в них квантовую информацию второму атому, находящемуся в аналогичных условиях. Местом установки принимающего узла связи избрана лаборатория Института Оптики Макса Планка.
Таким образом, информация будет преодолевать дистанцию в 20 километров.
Для создания канала квантовой связи, работающего на практике, немецким ученым предстоит преодолеть еще немало препятствий. Одна из самых важных задач – это подготовка и реализация методики по исправлению ошибок, очистке запутывания для квантовой коммуникационной системы. Это весьма трудный вопрос, однако его решение позволит создать исправно функционирующие системы, которые будут транслировать квантовую информацию на обширные расстояния в десятки (возможно, даже сотни!) километров.
Как вам такая перспектива? Пишите в комментариях и обязательно подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить много интересных новостей из мира науки и техники!