Рутер с пълен контрол върху фотоните: Физиците проправиха пътя към истинския квантов интернет

Учени от университета Тохоку представиха фотонен маршрутизатор от следващо поколение, способен да изпраща квантова информация с точност над 99%. Подобен показател се счита за ключова стъпка към създаването на бъдещия квантов интернет. Устройството демонстрира рекордно ниски загуби от едва 0,06 dB (около 1,3%), като същевременно се интегрира със съществуващата телекомуникационна инфраструктура. Резултатът премахва дългогодишния проблем с липсата на практически компоненти за мащабиране на квантовите комуникации.

Разработката работи с наносекундна скорост и за първи път показва, че е възможно да се пренасочват заплетени двойки фотони, без да се разрушава тяхното заплитане. По време на тестовете е регистрирана видимост на интерференцията от 97%, което потвърждава: маршрутизаторът правилно обработва сложни състояния и запазва информацията, заложена в тях. В същото време той е съвместим със съществуващите оптични комуникационни линии.

Заплитането остава основен ресурс за квантовите технологии. То е от съществено значение за разпределените изчисления, прецизните сензори и сигурните канали за предаване на данни. Ето защо поддържането на стабилно заплитане между фотоните по време на маршрутизацията се превръща в основно изискване за практическите приложения. Високата видимост на смущенията в експериментите на университета Тохоку доказва, че новото устройство отговаря на тези условия.

Концепцията за квантов интернет включва предаване на информация с помощта на отделни фотони. Основното инженерно предизвикателство е да се разработят елементи, които могат да пренасочват такива частици без изкривяване.

За да бъде подходът универсален, устройствата трябва да работят правилно при различни състояния. Най-често данните се кодират чрез поляризация – ориентацията на електрическото поле на фотона. Доскоро нямаше компонент, който да осигурява насочване на фотони с произволна поляризация при стандартни дължини на вълната с малки загуби и висока точност. Групата на професор Фумихиро Канеда успя да реши проблема, като създаде електрооптичен маршрутизатор. При експериментите поляризацията е запазена с точност над 99%, което показва, че изходният сигнал е почти идентичен с оригиналния.

Постигането на такива характеристики е било възможно благодарение на оригиналната конструкция. Устройството се основава на интерферометър с паралелограмна форма, който запазва поляризацията и намалява броя на оптичните компоненти. Колкото по-малък е броят на компонентите, толкова по-малки са загубите и по-висока е стабилността. В резултат на това устройството съчетава минимални изкривявания, работа при наносекундни скорости, липса на шум и съвместимост със съществуващите мрежи.

Изследователите подчертават, че предишните разработки страдаха от висока шумова натовареност, изкривявания и значителни загуби. Новото устройство обедини необходимите свойства в едно решение, подходящо за практическо приложение. Работата на университета Тохоку е стъпка към създаването на пълноценна инфраструктура на квантови мрежи и приближи бъдещето на квантовия интернет.