Изследователи се доближават все повече до създаването на сигурен, бърз и надежден квантов интернет. Те вече са в състояние да телепортират квантова информация с висока точност на разстояние от цели 44 километра.
Точността на данните и разстоянието на трансфера са от решаващо значение, когато става въпрос за изграждането на истински, работещ квантов интернет. Затова напредъкът в което и да е от тези две направления е повод за празнуване за изследователите, впуснали се в изграждане на този вид комуникационна мрежа от ново поколение.
В този случай екипът постигна ниво на точност на телепортираните данни, по-голямо от 90 процента. Изпращането на данните се постига чрез обширни оптични мрежи, подобни на тези, които формират основата на съвременния интернет.
„Много сме развълнувани от постигнатите резултати“, споделя физикът Панайотис Спенцурис от Националната ускорителна лаборатория „Енрико Ферми“, базирана в Калифорнийския технологичен институт (Caltech). „Това е ключово постижение по пътя ни към изграждането на технология, която ще промени из основи начина, по който комуникираме на глобално ниво.“
Кубити
Квантовата интернет технология използва кубити (квантов аналог на класическия бит). Това са неизмерими частици, които се намират в комбинация от възможни състояния – като въртящи се зарове, които все още не са се спрели.
Кубитите, които взаимодействат един с друг, са „заплетени“ по начини, които стават видни, след като най-накрая бъдат измерени. Представете си тези заплетени кубити като чифт зарове – макар че на всеки може да се падне произволно число, и двата със сигурност ще имат сбор по-голям от седем, независимо колко отдалечени са. Данните на едно място моментално влияят на данните на друго.
Чрез съобразително нагаждане на начина, по който три кубита се заплитат, е възможно състоянието на една частица да се принуди да приеме „зарът“ на друга чрез тяхното квантово заплитане. В квантовия свят това е същото като превръщането на една частица в друга, тоест мигновенно телепортиране на нейната идентичност през определено разстояние.
Заплитането все пак трябва да се установи в началото и след това да се поддържа, тъй като кубитите се изпращат до крайната им цел чрез оптични влакна (или проводници). Нестабилната, деликатна природа на квантовата информация обаче прави сложно излъчването на заплетени фотони на големи разстояния без смущения. По-дългите оптични влакна просто означават повече възможност шумът да пречи на заплитането.
Kвантова мрежа с размерите на град
Към днешна дата дължините на влакната, използвани за канализиране на всеки кубит, достигат 44 километра. Така се разширява границата, до която можем да изпращаме заплетени кубити. Никога досега не е демонстрирано да се работи на толкова голямо разстояние с такава точност. Това приближава квантовата мрежа с размерите на град до реалността, но все пак предстоят още години работа, за да може да я приложим на практика.
„С тази демонстрация започваме да полагаме основите на изграждането на квантова мрежа за района на Чикаго“, казва Спенцурис.
Квантовото заплитане и телепортирането на данни е сложна наука и дори експертите не разбират напълно как то може в крайна сметка да се използва в квантова мрежа. Всяко доказателство за концепция като тази, която получаваме, ни поставя малко по-близо до създаването на такава мрежа.
Разширение на класическия интернет, но не и пълна подмяна
Освен, че обещава огромен скок в скоростта и изчислителната мощ, квантовият интернет ще бъде и изключително сигурен. Всеки опит за хакване би бил толкова добър, колкото и унищожаването на заключена ключалка с фиба. Засега учените смятат, че квантовите интернет мрежи ще влязат в ролята на специализирано разширение на класическия интернет, а не като пълна подмяна.
Това, което прави новото проучване специално, е точността и разстоянието на телепортацията с квантово заплитане, както и използваното оборудване – теоретично би трябвало да бъде относително лесно да се мащабира тази технология с помощта на хардуер, с който изследователите вече разполагат. Те се справят с проблемите на квантовия интернет по различни начини, поради което ще видите различни разстояния, споменати в проучванията. Не всички те използват една и съща технология, за да тестват едни и същи стандарти.
„Ние сме много горди, че постигнахме този етап на устойчиви, високоефективни и мащабируеми системи за квантова телепортация“, споделя физикът Мария Спиропулу от Caltech. „Резултатите ще бъдат допълнително усъвършенствани с подобрения на системата, които очакваме да завършим до второто тримесечие на 2021 г.“
Изследването е публикувано в PRX Quantum.