Исследователи демонстрируют полностью совместимую с оптоволокном систему телепортации: кубит на входе, запутанная память на выходе, без потери сигнала и частотных трюков.
Квантовая телепортация и передача данных через запутанные квантовые системы. (иллюстративное изображение)
Джонатан Китчен/Gettyimages
Квантовая телепортация, когда-то считавшаяся чем-то из области научной фантастики, стремительно становится центральным элементом в гонке за создание следующей версии Интернета.
Вместо передачи частиц или сигналов по проводам или радиоволнам этот процесс мгновенно переносит квантовое состояние частицы из одного места в другое, без физического перемещения самой частицы.
Он работает за счет использования квантовой запутанности — явления, при котором две частицы становятся настолько глубоко связанными, что состояние одной из них мгновенно влияет на другую, независимо от того, как далеко они находятся друг от друга.
Исследователи из Нанкинского университета продемонстрировали квантовую телепортацию фотонного кубита с длиной волны телекоммуникационного сигнала в твердотельную квантовую память, сделав значительный шаг на пути к созданию масштабируемого квантового интернета.
Это первый случай, когда подобное достижение было достигнуто с использованием телекоммуникационного оборудования, что открывает путь к интеграции квантовых сетей с современной коммуникационной инфраструктурой.
Эксперимент использует технологию, безопасную для волокон
Под руководством старшего автора Сяо-Сун Ма группа успешно перенесла квантовую информацию из фотона в твердотельную память на основе ансамблей ионов эрбия.
В отличие от более ранних попыток телепортации, которые основывались на преобразовании частоты, этот эксперимент проводился полностью в телекоммуникационном диапазоне, том же диапазоне, который используется в обычной волоконно-оптической связи.
«Квантовая телепортация всегда была интереснейшим протоколом в квантовой коммуникации из-за ее способности передавать квантовые состояния, не раскрывая их», — рассказал Ма в интервью Phys.org.
Целью было интегрировать твердотельную память с процессом телепортации, что позволило бы временно хранить квантовые состояния для передачи на большие расстояния.
В квантовых сетях такие блоки памяти жизненно важны для распределения запутанности и обеспечения стабильной связи на больших расстояниях.
«Чтобы еще больше увеличить расстояние передачи состояний, критически важное значение имеет включение квантовой памяти в систему квантовой телепортации», — сказал Ма.
Квантовые сети функционируют с помощью повторителей, которые разделяют длинные соединения на более мелкие участки.
Размещая квантовые элементы памяти в этих конечных точках, можно хранить информацию до тех пор, пока не установится запутанность во всех соединениях, формируя основу будущего квантового интернета.
Пятиступенчатая система обеспечивает результаты
Для проведения эксперимента команда Ма задействовала пять взаимосвязанных систем.
К ним относятся подготовка входного состояния, источник запутанных фотонов (источник ЭПР), созданный на интегрированном фотонном чипе, модуль измерения состояния Белла и квантовая память на основе эрбия.
Они также использовали распределение частот и тонкую настройку с использованием резонатора Фабри-Перо и метода Паунда-Древера-Холла (PDH) для точного выравнивания сигнала.
«Наше исследование впервые продемонстрировало квантовую телепортацию от телекоммуникационных фотонов к твердотельной квантовой памяти на основе ионов эрбия», — сказал Ма. «Вся наша система использует компоненты, идеально совместимые с существующими оптоволоконными сетями».
Такая совместимость является важной вехой.
Большинству предыдущих систем требовалось преобразование сигналов в различные частоты, что ограничивало возможности реального развертывания.
Оставаясь в телекоммуникационном диапазоне, эта схема без проблем функционирует в рамках современной инфраструктуры.
«Эта совместимая с телекоммуникациями платформа для генерации, хранения и обработки квантовых состояний света открывает весьма перспективный подход к созданию крупномасштабных квантовых сетей», — добавил Ма.
Теперь команда планирует усовершенствовать систему твердотельной памяти.
В число их следующих задач входит увеличение продолжительности хранения и повышение эффективности сохранения данных, что имеет решающее значение для практического применения квантовых сетей.
Благодаря этому прорыву путь к функциональному квантовому интернету стал более ясным и открытым для оптоволокна.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Sourse: interestingengineering.com
