|
Квантовый интернет все ближе
|
|
|
|
Исследователи впервые создали, сохранили и извлекли квантовую информацию, что является важным шагом в развитии квантовых сетей. Возможность обмениваться квантовой информацией имеет решающее значение для разработки квантовых сетей для распределенных вычислений и безопасной коммуникации. Квантовые вычисления будут полезны для решения некоторых важных задач, таких как оптимизация финансовых рисков, расшифровка данных, конструирование молекул и изучение свойств материалов. Однако это развитие задерживается, поскольку квантовая информация может быть потеряна при передаче на большие расстояния. Один из способов преодолеть этот барьер - разделить сеть на более мелкие сегменты и связать их все общим квантовым состоянием. Для этого требуется средство для хранения квантовой информации и последующего ее извлечения, то есть устройство квантовой памяти. Оно должно "взаимодействовать" с другим устройством, которое позволяет создавать квантовую информацию в первую очередь.
|
|
|
|
Впервые исследователи создали такую систему, которая объединяет эти два ключевых компонента и использует обычные оптические волокна для передачи квантовых данных. Этот успех был достигнут исследователями из Имперского колледжа Лондона, Университета Саутгемптона и университетов Штутгарта и Вюрцбурга в Германии, а результаты опубликованы в журнале Science Advances. Соавтор исследования доктор Сара Томас (Sarah Thomas) с физического факультета Имперского колледжа Лондона (Imperial College London) сказала: "Объединение двух ключевых устройств - важный шаг вперед в создании квантовых сетей, и мы очень рады быть первой командой, которая смогла продемонстрировать это". Соавтор исследования Лукас Вагнер (Lukas Wagner) из Университета Штутгарта добавил: "Обеспечение возможности подключения к удаленным объектам и даже к квантовым компьютерам является важнейшей задачей для будущих квантовых сетей".
|
|
|
В обычных телекоммуникационных сетях, таких как Интернет или телефонные линии, информация может теряться на больших расстояниях. Для борьбы с этим в этих системах используются "ретрансляторы" в обычных точках, которые считывают и повторно усиливают сигнал, гарантируя, что он дойдет до места назначения в целости и сохранности. Классические ретрансляторы, однако, не могут использоваться с квантовой информацией, поскольку любая попытка считывания и копирования информации приведет к ее уничтожению. С одной стороны, это является преимуществом, поскольку квантовые соединения нельзя "прослушать", не уничтожив информацию и не предупредив пользователей. Однако для создания квантовых сетей на большие расстояния это сложная задача, которую необходимо решить. Один из способов преодолеть эту проблему - поделиться квантовой информацией в виде запутанных частиц света или фотонов. Запутанные фотоны обладают такими свойствами, что вы не можете понять одно без другого. Чтобы передавать запутанность на большие расстояния по квантовой сети, вам нужны два устройства: одно для создания запутанных фотонов, а другое для их хранения и последующего извлечения.
|
|
|
|
Существует несколько устройств, используемых для создания квантовой информации в виде запутанных фотонов и для ее хранения, но как генерация этих фотонов по запросу, так и наличие совместимой квантовой памяти для их хранения долгое время ускользали от внимания исследователей. Фотоны имеют определенные длины волн (которые в видимом свете создают разные цвета), но устройства для их создания и хранения часто настроены на работу с разными длинами волн, что предотвращает их взаимодействие. Чтобы обеспечить взаимодействие устройств, команда создала систему, в которой оба устройства использовали одну и ту же длину волны. "Квантовая точка" генерировала (не запутанные) фотоны, которые затем передавались в систему квантовой памяти, которая хранила фотоны в облаке атомов рубидия. Лазер "включал" и "выключал" память, позволяя сохранять и высвобождать фотоны по требованию. Длина волны этих двух устройств не только совпала, но и соответствует длине волны используемых сегодня телекоммуникационных сетей, что позволяет передавать данные по обычным волоконно—оптическим кабелям, привычным для повседневного подключения к Интернету.
|
|
|
|
Источник света с квантовыми точками был создан исследователями из Университета Штутгарта при поддержке Университета Вюрцбурга, а затем доставлен в Великобританию для взаимодействия с устройством квантовой памяти, созданным командой Imperial и Саутгемптона. Система была собрана в подвальной лаборатории Имперского колледжа Лондона. Хотя были созданы независимые квантовые точки и квантовая память, которые более эффективны, чем новая система, это первое доказательство того, что устройства могут взаимодействовать на телекоммуникационных длинах волн. Теперь команда будет стремиться усовершенствовать систему, в том числе обеспечить получение всех фотонов с одинаковой длиной волны, увеличить продолжительность хранения фотонов и уменьшить размеры всей системы в целом. Однако, как доказательство концепции, это важный шаг вперед, говорит соавтор доктор Патрик Ледингем из Университета Саутгемптона. "Члены квантового сообщества уже некоторое время активно пытаются установить эту связь. Это включает в себя то, что мы уже дважды проводили этот эксперимент с различными устройствами памяти и квантовыми точками более пяти лет назад, что просто показывает, насколько это сложно сделать". "Прорывом на этот раз стало привлечение экспертов для разработки и проведения каждой части эксперимента на специализированном оборудовании и совместной работы по синхронизации устройств".
|
|
|
|
Источник
|
