Предложена новая схема глобальных квантовых каналов

Основная проблема систем квантовой коммуникации на оптических фотонах - это затухание сигнала, что позволяет передавать данные в каналах без повторителей только на ограниченное расстояние.

В целях дистрибуции секретного ключа в квантовых каналах может использоваться передача квантово-механически связанных пар частиц. Поскольку законы квантовой механики запрещают производить неразрушающее измерение их состояний, а также копирование неизвестных состояний, повторители строятся по принципу переброса связанности (entanglement swapping).

Переброса связанности можно достичь, измеряя особым образом состояния двух фотонов из разных пар. В результате в состоянии связанности оказываются две оставшиеся, никогда не взаимодействовавшие напрямую частицы, одна из которых, например, - "стареющий", а другая - "молодой" фотон.

Трудность создания таких повторителей заключается в необходимости обеспечения точной синхронизации и стабильности работы источников фотонов. Как сообщает Nature, команде ученых из Гейдельбергского университета под руководством профессора Ю-Ао Чена (Yu-Ao Chen) удалось построить достаточно точный и стабильный квантовый повторитель на основе облаков атомов рубидия.

Согласно новой схеме, квантовая коммуникация начинается со стимулирования двух облаков, одно из которых находится у отправителя. В результате стимулирования облака испускают по фотону, каждый из которых находится в состоянии связанности с родительским облаком.

В квантовом канале на пути к получателю состояния фотонов измеряют таким образом, что в состоянии квантово-механической связанности оказываются родительские облака. Поскольку эти облака стабильны, эксперимент можно продолжать дальше, связывая облако отправителя со все новыми облаками в квантовом канале, доходя, наконец, до получателя.

После этого отправитель и получатель могут измерить состояния своих облаков и получить на основе данных измерения согласованный секретный ключ шифрования.

Пока исследователям удалось передать сигнал на расстояние всего 300 м, но, по их мнению, разработанная схема позволяет строить гораздо более продолжительные, вплоть до глобальных, каналы связи.