Элементарная квантовая дебетовая карта, на которую можно положить неуязвимые к подделке квантовые деньги, создана из чрезвычайно холодных атомов и частиц света.
В обычных банках обнаружение поддельной банкноты часто зависит от мастерства фальшивомонетчика, но в квантовом банке успешная подделка невозможна благодаря теореме о запрете клонирования, запрещающей создание идентичных копий квантовой информации. В 1983 году физик Стивен Визнер разработал протокол, который использует эту теорему, для выпуска неуязвимой к подделке валюты. Профессор Жюльен Лора и его коллеги из Лаборатории Кастлера-Броссэля во Франции провели первый в своем роде эксперимент, сделавший эту идею ближе к практической реализации.
В этом протоколе банк выпускает банкноты, состоящие из квантовых частиц в определенном квантовом состоянии, которые защищены от подделки законами физики. Лора считает протокол Визнера знаковой работой в квантовой криптографии, но, по его словам, он никогда не был реализован так, чтобы пользователь мог хранить квантовые деньги: хрупкость квантовых состояний означает, что тратить их нужно немедленно.
Исследователи сделали такое хранение возможным, о чем рассказали в Science Advances. Они сумели интегрировать в свою установку устройства памяти, похожие на жесткие диск.
В их эксперименте пользователь взаимодействует с квантовым устройством, играющим роль банка, путем обмена фотонами. Состояние каждой частицы может быть «положено» в память, что аналогично пополнению дебетовой карты.
Запоминающее устройство сделано из нескольких сотен миллионов атомов цезия, охлажденных до миллионных долей градуса выше абсолютного нуля при помощи лазеров. При такой экстремально низкой температуре квантовыми состояниями атомов можно очень точно управлять с помощью света. По словам профессора, потребовались годы, чтобы определить, как сделать это достаточно хорошо для того, чтобы память на ультрахолодных атомах работала как часть квантовой дебетовой карты. В ходе повторных тестов он и его коллеги показали, что фотоны можно эффективно извлекать из атомов, когда пользователь хочет потратить свои квантовые деньги, без искажения их состояний в процессе.
Этот эксперимент — важный шаг в направлении создания полноценных квантовых денег, но время хранения в квантовой памяти, которое достигает 6 микросекунд, все еще слишком мало для практического применения протокола, заметил физик Кристоф Саймон из Университета Калгари.
«Другая [задача на будущее] — повышение портативности. Я думаю, что долгосрочной целью, особенно в контексте квантовых денег, была бы квантовая память, которую можно положить в карман. Но нам определенно до этого еще далеко», — добавил он.
Команда работает над этим — если удастся увеличить время хранения хотя бы в тысячу раз, протокол можно будет использовать в городских квантовых сетях, которые уже запущены в некоторых мегаполисах, пояснил Лора. Кроме того, передовая квантовая память могла бы обеспечить сверхзащищенную квантовую связь на большие расстояния, а также помочь объединить несколько квантовых компьютеров в одно более мощное устройство, заключил он.
Шаг к квантовому интернету: квантовую информацию передали по обычному оптоволокну
Физики создали квантовый чип на основе холодных атомов
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram