Квантовий стан світла успішно телепортували через понад 30 кілометрів волоконно-оптичного кабелю на фоні інтенсивного інтернет-трафіку — досягнення в інженерії, яке колись вважалося неможливим.
Ця вражаюча демонстрація вчених зі США не допоможе вам телепортуватися на роботу, щоб уникнути ранкових пробок, або звантажувати улюблені відео з котами швидше.
Однак здатність телепортувати квантові стани через існуючу інфраструктуру є величезним кроком до створення квантово-з’єднаної комп’ютерної мережі, посиленої криптографії чи потужних нових методів сенсорики.
“Це неймовірно захоплююче, тому що ніхто не думав, що це можливо”, — каже Прем Кумар, інженер-комп’ютерник з Північно-західного університету, який очолив дослідження.
“Наша робота демонструє шлях до наступного покоління квантових і класичних мереж, які використовують єдину волоконно-оптичну інфраструктуру. Власне, це відкриває двері для виведення квантових комунікацій на новий рівень.”
Телепортація, що має певну схожість з транспортними системами зі “Зоряного шляху”, які миттєво переміщують пасажирів через час і простір, переносить квантові можливості об’єкта в одному місці і, ретельно його знищуючи, переносить таку ж рівновагу можливостей на подібний об’єкт в іншому місці.
Хоча акти вимірювання двох об’єктів визначають їх долю в той самий момент, процес заплутування їх квантових ідентичностей все ж потребує відправки хвилі інформації між точками в просторі.
Як цукрова вата під дощем, квантовий стан будь-якого об’єкта — це туманна пляма можливостей, яка ризикує розтанути в реальність незабаром після створення. Електромагнітні хвилі радіації та теплові коливання рухомих частинок швидко знижують квантову значущість, перетворюючи її на декогерентність, якщо її не захищати якимось чином.
Захист квантових станів усередині комп’ютерів — це одне. Надсилати єдиний фотон через оптичні волокна, що заповнені банківськими операціями, відео з котами та текстовими повідомленнями, при цьому захищаючи його квантовий стан, значно складніше. Це можна порівняти з тим, як кидати квантову цукрову вату в Міссісіпі і сподіватися, що вона буде такою ж смачною в кінці.
Щоб зберегти квантовий стан свого самотнього фотона проти 400-гігабітного потоку інтернет-трафіку, команда вчених застосувала різні техніки, які обмежували канал фотона і зменшували ймовірність його розсіювання і змішування з іншими хвилями.
“Ми ретельно вивчали, як розсіюється світло, і помістили наші фотони в таку точку, де цей механізм розсіювання мінімізований”, — говорить Кумар.
“Ми з’ясували, що можемо здійснювати квантову комунікацію без втручання класичних каналів, які одночасно присутні.”
Хоча інші дослідницькі групи успішно передавали квантову інформацію поряд з класичними даними в симуляціях інтернету, команда Кумара стала першою, хто телепортував квантовий стан поряд з реальним інтернет-стрімом.
Кожне тестування ще більше підтверджує, що квантовий інтернет неминучий, даючи інженерам з обчислювальної техніки новий набір інструментів для вимірювання, моніторингу, шифрування і розрахунків у нашому світі як ніколи раніше, без необхідності перевинайдення інтернету.
“Квантова телепортація здатна забезпечити квантову зв’язність між географічно віддаленими вузлами”, — говорить Кумар.
“Але багато хто довгий час припускав, що ніхто не побудує спеціалізовану інфраструктуру для передачі частинок світла. Якщо ми правильно виберемо довжини хвиль, то не потрібно буде будувати нову інфраструктуру. Класичні і квантові комунікації можуть співіснувати.”
Це дослідження було опубліковано в журналі Optica.
