Квантовая телепортация, некогда бывшая предметом научной фантастики, становится центральной опорой в гонке за созданием новой версии Интернета. Исследователи демонстрируют полностью совместимую с оптоволокном систему телепортации и передачу данных через запутанные квантовые системы. Первая в мире квантовая телепортация отправляет телекоммуникационный кубит в твердотельное запоминающее устройство. Вместо передачи частиц или сигналов по проводам или радиоволнам этот процесс переносит квантовое состояние частицы из одного места в другое мгновенно и без физического перемещения самой частицы. Этот процесс работает за счет использования квантовой запутанности - явления, при котором две частицы становятся настолько тесно связанными, что состояние одной мгновенно влияет на другую, независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга.
В качестве важного шага на пути к созданию масштабируемого квантового Интернета исследователи из Нанкинского университета продемонстрировали квантовую телепортацию фотонного кубита телекоммуникационной длины волны в твердотельную квантовую память. Как сообщается, это первый случай, когда подобный успех был достигнут с использованием телекоммуникационно-совместимого оборудования, что открывает путь к интеграции квантовых сетей с современной коммуникационной инфраструктурой. Согласно представленной информации, в эксперименте использовалась технология, совместимая с оптоволокном: команда исследователей успешно перенесла квантовую информацию из фотона в твердотельную память на основе использования ионов эрбия. В отличие от предыдущих попыток телепортации, которые основывались на преобразовании частоты, этот эксперимент проводился исключительно в телекоммуникационном диапазоне, в том же диапазоне, который используется в обычной волоконно-оптической связи.
“Квантовая телепортация всегда была захватывающим протоколом в квантовой коммуникации из-за ее способности передавать квантовые состояния, не раскрывая их”, - отмечают исследователи в публикации Phys.org. В частности, они указывают, что их цель состояла в том, чтобы интегрировать твердотельную память в процесс телепортации, что позволило бы временно сохранять квантовые состояния для передачи на большие расстояния. В квантовых сетях такие блоки памяти жизненно важны для распределения запутанности и обеспечения стабильной связи на больших расстояниях. “Для дальнейшего увеличения дальности передачи состояния крайне важно включить квантовую память в систему квантовой телепортации”, - подчеркивают они.
Квантовые сети функционируют с помощью ретрансляторов, которые разделяют длинные каналы связи на более мелкие участки. Благодаря размещению квантовой памяти в этих конечных точках информация может храниться до тех пор, пока не будет установлена взаимосвязь между всеми каналами, что образует основу будущего квантового Интернета.
Для проведения эксперимента команда исследователей из Нанкинского университета использовала пять взаимосвязанных систем. В их число входили подготовка входного состояния, источник запутанных фотонов (EPR-источник), созданный на интегрированном фотонном чипе, модуль измерения состояния Белла и квантовая память на основе эрбия. Они также использовали систему распределения частот и точной настройки с использованием резонатора Фабри-Перо и метода Паунда-Древера-Холла (PDH) для точного выравнивания сигнала. “Наше исследование впервые продемонстрировало квантовую телепортацию от телекоммуникационных фотонов к твердотельной квантовой памяти на основе ионов эрбия”, - сообщают исследователи.
Большинство существующих систем требовали преобразования сигналов на разные частоты, что ограничивало возможности их использования в реальных условиях. Оставаясь в телекоммуникационном диапазоне, созданная исследователями телекоммуникационно-совместимая платформа для генерации, хранения и обработки квантовых состояний света представила, по заключению Нанкинского университета, многообещающий подход к созданию крупномасштабных квантовых сетей.
Теперь команда планирует усовершенствовать систему твердотельной памяти. Как они сообщают, их следующая задача - увеличить срок хранения и повысить эффективность хранения данных, что имеет решающее значение для практического применения квантовых сетей.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Journals.