Квантовое состояние света было успешно телепортировано по оптоволоконному кабелю протяженностью более 30 километров (около 18 миль) среди потока интернет-трафика — подвиг инженерной мысли, который когда-то считался невозможным.
Впечатляющая демонстрация исследователей из США, возможно, не поможет вам быстрее добраться до работы, избежав утренних пробок, или быстрее загружать любимые видео с котиками.
Однако возможность телепортации квантовых состояний через существующую инфраструктуру представляет собой колоссальный шаг на пути к созданию квантово-связанной вычислительной сети , улучшенного шифрования или новых мощных методов зондирования.
«Это невероятно волнительно, потому что никто не думал, что это возможно», — говорит Прем Кумар, инженер-вычислитель из Северо-Западного университета, возглавлявший исследование.
«Наша работа показывает путь к квантовым и классическим сетям следующего поколения, совместно использующим единую волоконно-оптическую инфраструктуру. По сути, это открывает дверь к выводу квантовых коммуникаций на новый уровень».
Имея мимолетное сходство с транспортными системами из «Звездного пути», которые в мгновение ока переносят пассажиров сквозь время и пространство, телепортация берет квантовые возможности объекта в одном месте и, осторожно разрушая его, навязывает тот же баланс возможностей похожему объекту в другом месте.
Хотя акты измерения двух объектов решают их судьбы в один и тот же момент, процесс запутывания их квантовых идентичностей по-прежнему требует отправки одной волны информации между точками в пространстве.
Подобно волшебной вате в весеннем ливне, квантовое состояние любого объекта — это туманное пятно возможности, которое рискует раствориться в реальности через несколько мгновений после создания. Электромагнитные волны излучения и тепловые удары и трение движущихся частиц быстро сводят квантовую значимость к декогеренции, если она не защищена каким-либо образом.
Экранирование квантовых состояний внутри компьютеров — это одно. Посылка одного фотона через оптические волокна, гудящие от банковских транзакций, видео с котиками и текстовых сообщений, при этом защищая его квантовое состояние, — это гораздо более устрашающе. Вы могли бы также бросить свою квантовую волшебную вату в Миссисипи и надеяться, что в конце концов она окажется такой же вкусной.
Чтобы сохранить драгоценное состояние своего одинокого фотона на фоне потока интернет-трафика со скоростью 400 гигабит в секунду, группа исследователей применила ряд методов, которые ограничивали канал фотона и уменьшали вероятность его рассеивания и смешивания с другими волнами.
«Мы тщательно изучили, как рассеивается свет, и поместили наши фотоны в оптимальную точку, где этот механизм рассеяния минимален», — говорит Кумар.
«Мы обнаружили, что можем осуществлять квантовую коммуникацию без помех со стороны классических каналов, которые присутствуют одновременно».
В то время как другие исследовательские группы успешно передавали квантовую информацию вместе с классическими потоками данных в моделировании интернета, команда Кумара стала первой, кому удалось телепортировать квантовое состояние вместе с реальным интернет-потоком.
Каждый тест еще раз подтверждает, что квантовый интернет неизбежен , предоставляя инженерам-компьютерщикам совершенно новый инструментарий для измерения, мониторинга, шифрования и вычислений в нашем мире, как никогда ранее, без необходимости заново изобретать Интернет для этого.
«Квантовая телепортация способна обеспечить безопасную квантовую связь между географически удаленными узлами», — говорит Кумар.
«Но многие люди долгое время предполагали, что никто не будет строить специализированную инфраструктуру для отправки частиц света. Если мы правильно выберем длины волн, нам не придется строить новую инфраструктуру. Классические коммуникации и квантовые коммуникации могут сосуществовать».
Это исследование было опубликовано в журнале Optica.
Прочитайте что такое взгляд в будущее