Кванты запутали по обычному оптоволоконному кабелю

Можно ли соединить два атома, разделенные сотнями и даже тысячами километров, обычным оптоволоконным кабелем? Австрийские ученые из Венского технологического университета доказали, что это возможно и заложили основу всемирной коммуникационной системы будущего.

Австрийцы показали, что их новая технология позволяет сохранять квантовую информацию в течение достаточно длительного периода времени. Это позволяет создавать суперпроизводительные глобальные квантовые сети на основе широко распространенных оптических волокон.

Для сверхзащищенной квантовой системы связи будущего нужны сверхтонкие кабели, которые смогли бы передавать квантовые состояния атомов, охлажденных лазерным излучением. Исследователи из Венского технологического университета экспериментально доказали, что сверхтонкие стеклянные волокна способны хранить квантовую информацию достаточно долго, чтобы ее можно было использовать для запутывания атомов на расстоянии в сотни километров друг от друга. Это позволит создавать глобальные оптоволоконные сети, защищенные самым надежным из известных способов.

Австрийцы нашли способ считывать состояние атомов на расстоянии примерно 200 нанометров от нити оптоволокна, которая сама имеет диаметр всего 500 нм. Это позволяет пересылать квантовую информацию между двумя системами, что является основой для таких технологий, как квантовая криптография и квантовая телепортация.

В настоящее время существуют различные подходы к обмену квантовой информацией, но до сих пор создание эффективных способов хранения и извлечения информации было сложной проблемой. Метод, который был разработан в Венском технологическом университете решает эту проблему: их квантовая установка подключается непосредственно к оптоволокну, которое легко интегрировать в существующие оптоволоконные сети связи. Австрийцам удалось преодолеть эффект декогерентности и продлить время когерентности атомов до нескольких миллисекунд. Учитывая, что свет в оптоволокне за одну миллисекунду преодолевает расстояние около 200 километров, это позволяет организовать квантовую коммуникационную сеть с передачей квантовой запутанности на большие расстояния.

Надо отметить, что реализовать полноценную квантовую глобальную коммуникационную сеть в ближайшем будущем вряд ли удастся, поскольку, чем длиннее оптоволокно, тем больше слабеет сигнал. Для того чтобы преодолеть эту проблему, в обычных сетях предусмотрены ретрансляционные станции, которые усиливают сигнал. Эта простая концепция усиления сигнала не работает в квантовой механике. Тем не менее, первоначально будут востребованы даже квантовые сети, работающие на расстоянии в десятки километров. В перспективе, когда будут созданы квантовые усилители-ретрансляторы, будет развернута и глобальная квантовая сеть. Такая глобальная сеть будет намного безопаснее и надежнее существующей, а закрытые корпоративные и государственные сети станут почти неуязвимы для несанкционированного проникновения извне.