Исследователи Имперского колледжа Лондона, Университета Саутгемптона, а также университетов Штутгарта и Вюрцбурга в Германии впервые произвели, сохранили и извлекли квантовую информацию, что является важным шагом в создании квантовых сетей. Результаты этой работы были опубликованы в журнале Science Advances 12 апреля 2024 года.
Возможность без потерь обмениваться квантовыми данными позволит создать квантовые сети, которые можно использовать для распределенных вычислений и безопасной связи.
Поскольку при передаче на большие расстояния квантовая информация может быть потеряна, сеть разделяют на более мелкие сегменты и связывают их все общим квантовым состоянием. Чтобы квантовые данные не потерялись, необходимо средство для хранения квантовой информации и ее повторного извлечения, которое должно общаться с другим устройством, где квантовая информация создается.
В обычных телекоммуникациях для того, чтобы исключить потерю информации на больших расстояниях, в регулярных точках используют ретрансляторы, которые считывают и повторно усиливают передаваемый сигнал, благодаря чему он доходит до конечной точки в сохранности. Но эти ретрансляторы не подходят для квантовых сетей. Более того, любая попытка их использовать для передачи квантовых данных приведет к уничтожению информации.
Ученые предложили делиться квантовой информацией в виде запутанных частиц света – фотонов, которые невозможность понять одно без другого. Чтобы разделить их запутанность на большие расстояния в квантовой сети, нужны два устройства: одно для создания запутанных фотонов, а другое – для их хранения и последующего извлечения.
В принципе, такие устройства уже были созданы, но не удавалось обеспечить совместимую квантовую память для хранения фотонов долгое время. Это было связано с различной длиной их волн, которые образуются в устройствах в процессе их создания и хранения. Команда создала систему, в которой оба устройства использовали одну и ту же длину волны.
Прорыв заключается также и в том, что длина волны двух устройств не только совпала, но и была такой же, что используется сегодня в современных телекоммуникационных сетях, что позволяет передавать квантовые данные по обычным оптоволоконным кабелям.
Теперь команда будет стремиться улучшить систему, в частности, увеличить время хранения фотонов, а также уменьшить ее.