Дослідники успішно здійснили квантову телепортацію — миттєву передачу квантового стану — понад 30 кілометрів активного оптоволоконного кабелю, по якому передається звичайний Інтернет-трафік. Цей прорив, опублікований в Optica в грудні 2024 року, демонструє шлях до інтеграції квантових комунікацій в існуючу інфраструктуру.
Чому це важливо
Квантова телепортація — це не переміщення людей чи даних, як це зображують у науковій фантастиці. Натомість йдеться про передачу стану квантової частинки. Це критично з кількох причин:
- Безпечний зв’язок: мережі Quantum пропонують теоретично незламне шифрування.
- Розподілені обчислення: підключення квантових комп’ютерів дозволяє експоненціально швидше обробляти дані.
- Удосконалені датчики: Точні квантові вимірювання можуть революціонізувати такі галузі, як медицина та матеріалознавство.
Ключовим моментом є те, що це було зроблено за допомогою реальних ліній Інтернету, а не ізольованих лабораторних установок. Попередні спроби були обмежені контрольованим середовищем або моделюванням.
Труднощі реальної телепортації
Головною перешкодою є декогеренція – схильність квантових станів згортатися в класичну інформацію через зовнішнє втручання. Думайте про крихкий квантовий стан як про тонкий шматочок інформації, який можна легко знищити навіть невеликими збуреннями. Спроба надіслати це через волоконно-оптичний кабель, який дзижчить мільярдами інших сигналів (банківські операції, відео, електронна пошта), схожа на спробу шепотіти в ураган.
Прем Кумар з Північно-Західного університету та його команда подолали це за допомогою:
- Стратегічний вибір довжини хвилі: Вибір певних частот світла для мінімізації розсіювання та перешкод.
- Обмеження каналу: Ретельно контролює траєкторію фотонів, щоб зменшити небажані взаємодії.
Як пояснює Кумар: «Ми ретельно вивчили, як світло розсіюється, і розмістили наші фотони у вигідній точці, де цей механізм розсіювання мінімізований».
Як це працює (спрощено)
Квантова телепортація не передбачає переміщення самої частинки. Замість цього він використовує квантову заплутаність – моторошний зв’язок між двома частинками, незалежно від відстані.
- Стан вихідної частинки вимірюється руйнуванням оригіналу.
- Це вимірювання надсилається (класичним способом) на приймальну сторону.
- Частинка заплутаної пари потім змушена прийняти той самий стан.
Це не швидше за швидкість світла; інформація все ще передається зі швидкістю світла. Однак це дозволяє безпечно та миттєво передавати стан.
Майбутнє квантових мереж
Цей експеримент є великим кроком до квантового Інтернету. Це означає, що нам не потрібно повністю перебудовувати існуючу інфраструктуру для створення квантових мереж. Квантовий і класичний зв’язок можуть співіснувати на одних і тих самих волоконно-оптичних лініях, якщо правильно керувати довжинами хвиль.
“Багато людей давно припускали, що ніхто не буде будувати спеціалізовану інфраструктуру для надсилання частинок світла. Якщо ми виберемо правильні довжини хвиль, нам не доведеться будувати нову інфраструктуру. Класичний і квантовий зв’язок можуть співіснувати”. – Прем Кумар
Це робить практичний квантовий Інтернет набагато більш досяжним, прискорюючи розвиток технологій, які покладаються на квантовий зв’язок. Дослідження показує, що квантовий Інтернет – це вже не далека мрія, а реальність, яка швидко наближається.
