На пути к квантовому Интернету: физики телепортировали данные по элементарной сети

Физики мечтали о квантовых сетях с 1980-х годов, когда появились первые планы квантовых компьютеров. Эти компьютеры рассчитаны по законам квантовой физики, где квантовые биты — кубиты — могут быть не только «0» или «1», но и «0» и «1» одновременно. Это позволяет компьютерам выполнять вычисления, которые невозможны даже для самых лучших суперкомпьютеров.

Однако, если вы хотите соединить такие компьютеры друг с другом, потребуется совершенно другой вид интернета – квантовый интернет. При этом используется так называемая квантовая запутанность – таинственная квантовая связь, при которой действие, оказываемое на один из кубитов, напрямую влияет на другой. Даже если они находятся далеко друг от друга.

В прошлом году исследователям из Делфта впервые удалось сплести три физических кубита, размещенных в крохотном отверстии алмаза размером 2 на 2,5 мм, в элементарную квантовую сеть. Раньше такие сети были возможны только между двумя точками. Теперь ученые фактически использовали эту запутанность для отправки информации из точки А в точку С, минуя промежуточную точку В. Фактически – это была телепортация данных.

Три кубита получили имена Алиса, Боб и Чарли. Затем физики передали информацию от Алисы к Чарли, минуя Боба. Тогда как Алиса и Боб, а также Боб и Чарли были связаны оптоволокном, Алиса и Чарли не имели физической связи. Но узел Боб позволил телепортировать информацию между двумя узлами, используя квантовую запутанность.

При измерении квантовых состояний информация сразу теряется. То же самое происходит и с измерениями у Чарли, но эта информация тут же появляется на стороне Алисы. Кубит передается в зашифрованном виде, а результат измерения Чарли определяет ключ. Затем Алиса выполняет квантовую операцию, необходимую для расшифровки кубита.

По словам ученых, эта работа была гораздо более сложной, чем в прошлом году – например, исследователям пришлось сделать запутывание намного надежнее и увеличить скорость его формирования. Добавление дополнительных узлов или телепортация информации на большие расстояния не меняет основы.  И сеть можно сделать еще надежнее и быстрее.

Например, можно соединить кубиты с так называемыми оптическими полостями – своего рода вибрирующей камерой для фотонов (частиц света), чтобы сделать запутывание более эффективным. А если изменить частоту фотонов, то можно даже использовать оптические кабели существующих телекоммуникационных сетей – тогда телепортация сможет преодолеть действительно большие расстояния.