Ученые из Ганноверского института фотоники при Лейбницевском университете сделали революционное открытие, объединив обычный и квантовый Интернет. Они разработали новый способ передачи специальных световых частиц, называемых запутанными фотонами, по оптическим волокнам. По заключению экспертов, это может проложить путь к интернет-технологиям следующего поколения - квантовому Интернету. Этот новый тип Интернета обещает сверхзащищенное шифрование, которое не смогут взломать даже квантовые компьютеры будущего, обеспечивая безопасность критически важной инфраструктуры.
В настоящее время квантовая информация нестабильна на больших расстояниях, и квантовые биты, или кубиты — носители квантовой информации — легко теряются или фрагментируются во время передачи. Классические компьютерные биты сегодня передаются в виде световых импульсов по волоконно-оптическим кабелям с использованием устройств, называемых "ретрансляторами", для усиления сигналов по всей длине сети. Для передачи кубитов на большие расстояния так, как сегодня передаются классические компьютерные биты, необходимы аналогичные устройства, способные сохранять и повторно передавать квантовые состояния по всей сети, обеспечивая точность передачи сигнала независимо от того, как далеко должны передаваться данные.
Последние исследования ученых утверждают, что впервые удалось достичь того, чтобы устройства квантовой памяти могли бы принимать, сохранять и повторно передавать состояния кубитов с помощью стандартных волоконно-оптических кабелей.
Как следует из опубликованного Лейбницевским университетом пресс-релиза, команда из четырех исследователей показала, что запутанные фотоны остаются связанными, даже если их посылают вместе с лазерным импульсом по одному и тому же оптическому волокну. В своем эксперименте исследователи изменили цвет лазерного импульса с помощью высокоскоростного электрического сигнала таким образом, чтобы он соответствовал цвету запутанного фотона.
В этом новом исследовании ученые создали механизм для передачи как запутанных фотонов, так и обычного лазерного излучения по одному и тому же оптическому проводу, показав, что лазерные импульсы не нарушают запутанность фотонов.
Согласно объяснениям исследователей, это было достигнуто путем манипулирования лазерным излучением и быстрого изменения цвета (или частоты) лазерного импульса с помощью электрического сигнала. Это важно для соответствия цвета лазерного импульса цвету запутанных фотонов. Как только цвета совпадают, обе формы света могут проходить по одному и тому же оптическому кабелю, не мешая друг другу. Ранее запутанные фотоны занимали всю полосу пропускания оптического волокна, что делало невозможной обычную передачу данных.
Эта новая технология означает, что одни и те же волоконно-оптические кабели могут использоваться как для обычного, так и для квантового Интернета. Это значительный шаг вперед, поскольку позволяет передавать как традиционные интернет-данные (передаваемые лазерными импульсами), так и квантовую информацию (передаваемую запутанными фотонами) по одному и тому же волоконно-оптическому кабелю.
До этого открытия совместное использование обоих методов было невозможно, поскольку запутанные фотоны блокировали бы канал в волокне, делая его непригодным для обычной передачи данных. Как объясняет Ян Хайне, один из участников исследовательской группы: “Запутанные фотоны блокировали бы канал передачи данных, препятствуя его использованию для обычной передачи данных”.
С помощью своей новой концепции команда продемонстрировала, что фотоны теперь могут перемещаться по тому же цветовому каналу, что и лазерный луч, а это означает, что все цветовые каналы по-прежнему можно использовать для обычного интернет-трафика.
“Чтобы сделать квантовый Интернет реальностью, нам необходимо передавать запутанные фотоны по волоконно-оптическим сетям”, - сказал Майкл Куес, глава Института фотоники и член правления кластера передового опыта PhoenixD в Университете Лейбница в Ганновере. Профессор Куэс заключает: “Наш эксперимент показывает, как мы можем практически реализовать гибридные сети, которые объединяют современный Интернет с квантовым Интернетом”. Как известно, квантовые компьютеры будущего, хотя и обещают огромные вычислительные возможности, потенциально могут взламывать системы шифрования. Именно здесь появляется квантовый Интернет. По заключениям ученых, этот прорыв приближает к будущему, в котором современный Интернет и сверхбезопасный квантовый Интернет будут работать сообща, делая цифровой мир более безопасным и эффективным.
Результаты исследований опубликованы в журнале Science Advances.
