Специалисты Северо-Западного университета впервые успешно продемонстрировали возможность квантовой телепортации по кабелю из оптоволокна, который в этот момент участвовал в передаче интернет-трафика. Работа инженеров представляет собой революционный этап в изучении квантовых коммуникаций, позволяет объединить их с существующей интернет-инфраструктурой и существенно упрощает реализацию распределенных квантовых вычислений и сенсорных сетей.
Исследование бросает вызов ранее распространенному мнению о невозможности сосуществования квантовой и классической передачи данных в одном кабеле. По словам руководителя проекта Према Кумара это открывает новые перспективы для интеграции квантовых технологий в современные коммуникационные сети.
Квантовая телепортация основывается на явлении квантовой запутанности. Она подразумевает сохранение связи двух частиц независимо от расстояния между ними. Благодаря этому передача информации происходит мгновенно, без необходимости для носителя перемещаться физически. Однако главной технической проблемой считалась невозможность передавать отдельные носители квантовой информации — фотоны — по каналам, перегруженным классическим интернет-трафиком. Как объясняет Кумар, стандартная передача данных по оптическому волокну использует миллионы световых частиц одновременно, что создавало эффект «толпы», в которой квантовая информация могла бы просто затеряться.
Команда Кумара смогла найти решение этой проблемы. Исследователи изучили процесс рассеяния света внутри оптоволокна и выбрали длину волны с минимальной загрузкой — именно по ней должна была пройти передача квантовых фотонов. Дополнительно были установлены специальные фильтры, которые позволили снизить помехи от интернет-трафика. «Мы нашли оптимальную точку, где механизмы рассеяния света минимальны», — пояснил Кумар. Это позволило передавать квантовую информацию без помех от одновременно работающих классических каналов связи.
Эксперимент включал использование 30-километрового оптоволоконного кабеля, на концах которого находились фотоны. Через этот кабель передавались одновременно и квантовый сигнал, и стандартный интернет-трафик. В результате команда смогла измерить качество квантовой информации на принимающей стороне, успешно завершив протокол телепортации. Даже при высокой нагрузке сети квантовые данные сохраняли свою целостность.
Далее ученые планируют провести ряд дополнительных экспериментов, увеличив расстояние, на которое будут передаваться фотоны, а также испытать технологию на реальных подземных кабелях вместо лабораторных катушек. Важным этапом станет использование двух пар запутанных фотонов для реализации «переключения запутанности», что является ключевым шагом для распределенных квантовых приложений. Несмотря на то, что впереди еще много работы, Кумар полон оптимизма.
«Квантовая телепортация может обеспечить надежное квантовое соединение между узлами, удаленными друг от друга географически», — отмечает он. — «Долгое время считалось, что никто не будет строить специальную инфраструктуру только для того, чтобы передавать частицы света. Однако наши исследования показывают, что этого можно избежать, если правильно подобрать длины волн. Квантовые и привычные нам коммуникации способны сосуществовать в одной сети».
Ранее физики превратили квантовые точки в быстрый оптический аналог нейронов.