|
Интернет может достичь квантовой скорости
|
|
|
|
Исследователи из Института Нильса Бора при Копенгагенском университете разработали новый способ создания квантовой памяти: небольшой барабан может сохранять данные, передаваемые со светом, в виде звуковых колебаний, а затем пересылать их с помощью новых источников света, когда это снова понадобится. Результаты показывают, что механическая память для квантовых данных может стать стратегией, которая проложит путь к сверхбезопасному Интернету с невероятными скоростями. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters. Прямо под старым офисом Нильса Бора находится подвал, где на столах в беспорядке расставлены маленькие зеркала, лазеры и множество всевозможных устройств, соединенных паутиной проводов и стопками изоленты. Это похоже на то, что проект ребенка зашел слишком далеко, и родители тщетно пытались заставить его привести себя в порядок.
|
|
|
|
Хотя нетренированному глазу трудно понять, что на самом деле эти таблицы являются основой для множества ведущих мировых исследовательских проектов, важные события происходят в таких маленьких мирах, что здесь неприменимы даже законы Ньютона. Именно здесь наследники квантовой физики Нильса Бора разрабатывают самые передовые квантовые технологии. Один из этих проектов выделяется — по крайней мере, для физиков — тем, что устройство, видимое невооруженным глазом, способно достигать квантовых состояний. Квантовый барабан представляет собой небольшую мембрану, изготовленную из керамического материала, похожего на стекло, с отверстиями, расположенными аккуратным узором по краям. Когда по барабану бьют лазерным лучом, он начинает вибрировать, причем делает это так быстро и без помех, что в игру вступает квантовая механика. Это свойство уже давно вызвало ажиотаж, открыв ряд возможностей квантовой технологии.
|
|
|
Теперь сотрудничество в различных областях квантовой физики в Институте продемонстрировало, что барабан также может сыграть ключевую роль в сети квантовых компьютеров будущего. Подобно современным алхимикам, исследователи создали новую форму "квантовой памяти", преобразуя световые сигналы в звуковые колебания. В своей только что опубликованной исследовательской статье исследователи доказали, что квантовые данные с квантового компьютера, передаваемые в виде световых сигналов - например, по волоконно—оптическому кабелю, который уже используется для высокоскоростного подключения к Интернету, - могут храниться в виде вибраций в барабане и затем передаваться. Предыдущие эксперименты продемонстрировали исследователям, что мембрана может оставаться в хрупком квантовом состоянии. Исходя из этого, они полагают, что барабан должен быть способен принимать и передавать квантовые данные без "декогеренции", то есть потери своего квантового состояния, когда квантовые компьютеры будут готовы.
|
|
|
|
"Это открывает большие перспективы на тот момент, когда квантовые компьютеры действительно смогут делать то, что мы от них ожидаем. Квантовая память, вероятно, будет иметь фундаментальное значение для передачи квантовой информации на расстояния. Итак, то, что мы разработали, является важнейшим элементом в самой основе Интернета будущего с квантовой скоростью и квантовой безопасностью", - говорит постдок Мадс Бьеррегаард Кристенсен из Института Нильса Бора, ведущий автор новой исследовательской статьи. При передаче информации между двумя квантовыми компьютерами на расстояние — или между многими другими в квантовом Интернете — сигнал будет быстро заглушаться шумом. Уровень шума в волоконно-оптическом кабеле увеличивается экспоненциально по мере удлинения кабеля. В конечном итоге данные больше не могут быть расшифрованы. Классический Интернет и другие крупные компьютерные сети решают эту проблему с шумом, усиливая сигналы на небольших станциях вдоль маршрутов передачи. Но для того, чтобы квантовые компьютеры могли применить аналогичный метод, они должны сначала перевести данные в обычные двоичные системы счисления, такие как те, которые используются обычным компьютером.
|
|
|
|
Это не годится. Это замедлило бы работу сети и сделало бы ее уязвимой для кибератак, поскольку шансы на то, что классическая защита данных окажется эффективной в будущем, когда появятся квантовые компьютеры, очень малы. "Вместо этого мы надеемся, что квантовый барабан сможет справиться с этой задачей. Он показал большие перспективы, поскольку невероятно хорошо подходит для приема и повторной отправки сигналов с квантового компьютера. Таким образом, цель состоит в том, чтобы расширить связь между квантовыми компьютерами с помощью станций, где квантовые барабаны принимают и ретранслируют сигналы, и при этом избежать шума, сохраняя данные в квантовом состоянии", - говорит Кристенсен. "При этом скорость и преимущества квантовых компьютеров, например, в отношении некоторых сложных вычислений, будут распространяться на сети и Интернет, поскольку они будут достигаться за счет использования таких свойств, как суперпозиция и запутанность, которые являются уникальными для квантовых состояний".
|
|
|
|
В случае успеха станции также смогут расширять квантово-защищенные соединения, квантовые коды которых также могут быть увеличены с помощью барабана. Эти защищенные сигналы могут передаваться на различные расстояния — будь то по квантовой сети или через Атлантику — в квантовом интернете будущего. В настоящее время в других странах ведутся исследования альтернативного метода, при котором источник света, передающий данные, направляется на атомную систему и временно перемещает электроны в атоме, но этот метод имеет свои ограничения. "Существуют ограничения на то, что вы можете сделать с атомной системой, поскольку мы не можем сами спроектировать атомы или частоту света, с которой они могут взаимодействовать. Наша относительно "большая" механическая система обеспечивает большую гибкость. Мы можем поработать и приспособиться, так что, если новые открытия изменят правила игры, есть хороший шанс, что квантовый барабан можно будет адаптировать", - объясняет профессор Альберт Шлиссер, соавтор исследовательской статьи. "Хорошо это или плохо, но наши исследовательские способности в основном определяют пределы того, насколько хорошо все это работает", - отмечает он.
|
|
|
|
Фотобарабан — это новейшее и наиболее серьезное изобретение в области механической квантовой памяти, поскольку он сочетает в себе ряд свойств: Фотобарабан обладает низкой потерей сигнала, то есть хорошо сохраняется уровень передачи данных. Он также обладает огромным преимуществом в том, что способен работать на всех частотах излучения, включая частоту, используемую в волоконно-оптических световых кабелях, на которых построен современный Интернет. Квантовый барабан удобен еще и тем, что данные можно сохранять и считывать в любое время, когда это необходимо. А рекордная продолжительность работы памяти в 23 миллисекунды, уже достигнутая исследователями, делает гораздо более вероятным, что эта технология однажды может стать строительным блоком для систем квантовых сетей, а также аппаратного обеспечения квантовых компьютеров. "Мы только начинаем это исследование. Квантовые вычисления и коммуникации все еще находятся на ранней стадии развития, но с учетом полученной нами памяти можно предположить, что квантовый барабан однажды будет использоваться как своего рода квантовая оперативная память, своего рода временная рабочая память для хранения квантовой информации. И это было бы новаторством", - говорит профессор.
|
|
|
|
Источник
|
