Ученые создают квантовый интернет

Исследователям QuTech в Делфте удалось создать квантовую запутанность между двумя квантовыми чипами быстрее, чем она теряется. Благодаря новому интеллектуальному протоколу перехвата и тщательной защите запутанности ученые под руководством профессора Рональда Хэнсона являются первыми в мире, которые поставляют такую квантовую связь по требованию.

Это открывает дверь для подключения нескольких квантовых узлов и создания самой первой квантовой сети в мире. Их результаты опубликованы в издании Nature.

Используя мощь квантового переплетения, теоретически возможно построить квантовый интернет, сверхбыстрый и неуязвимый для подслушивания. Однако реализация такой квантовой сети — сложная задача — необходимо надежно создать переплетение по требованию и поддерживать его достаточно долго, чтобы передать информацию на следующий узел. До сих пор это было за пределами возможностей квантовых экспериментов.

Ученые QuTech теперь первыми экспериментально генерируют запутывание на расстоянии двух метров за долю секунды, по требованию, и теоретически поддерживают это переплетение достаточно долго, чтобы обеспечить запутывание третьего узла. «Теперь задача состоит в том, чтобы первым создать сеть из множества запутанных узлов — первой версии квантового Интернета», — говорит профессор Хансон.

В 2015 году исследовательская группа Рональда Хэнсона была первой, кто создал долгоживущие квантовые запутывания на большие расстояния (1,3 км), что позволило им впервые представить полное экспериментальное доказательство квантовой запутанности.

Этот эксперимент является основой их нынешнего подхода к развитию квантового Интернета. Дистанционные одиночные электроны на алмазных стружках запутываются с использованием фотонов в качестве медиаторов. Однако этот эксперимент не имел необходимой производительности для создания реальной квантовой сети.

Хэнсон говорит: «В 2015 году нам удалось установить соединение один раз в час, в то время как соединение оставалось активным только на долю секунды. Невозможно было добавить в сеть третий узел, не говоря уже о нескольких узлах».

Ученые внесли несколько инновационных улучшений в эксперимент. Прежде всего, они продемонстрировали новый метод запутывания. Он позволяет генерировать запутывание 40 раз в секунду между электронами на расстоянии двух метров. Соавтор работы Питер Хамфрис говорит: «Это в тысячу раз быстрее, чем со старым методом». В сочетании с умным способом защиты квантового канала от внешнего шума эксперимент теперь превзошел критический порог. Впервые запутывание может быть создано быстрее, чем оно будет потеряно.

Благодаря техническим усовершенствованиям экспериментальная установка теперь всегда готова к запутыванию по требованию. Хэнсон говорит: «Как и в нынешнем Интернете, мы всегда хотим быть в сети, система должна запутываться по каждому запросу». Ученые достигли этого, добавив умные проверки качества. «Эти проверки занимают лишь часть общего экспериментального времени, позволяя нам гарантировать, что наша система готова к запутыванию, без каких-либо дополнительных действий».

В прошлом году исследователи продемонстрировали, что они смогли защитить квантовую запутанную связь при создании нового соединения. Объединив прошлые достижения и свои новые результаты, они готовы создавать квантовые сети с более чем двумя узлами.

Теперь ученые Делфта планируют реализовать такую ​​сеть между несколькими квантовыми узлами. «Вместе с такими партнерами, как KPN, мы хотим связать четыре города в Нидерландах к 2020 году посредством квантовой запутанности. Это будет самый первый квантовый интернет в мире».

Больше информации: Deterministic delivery of remote entanglement on a quantum network, Nature (2018). DOI: 10.1038/s41586-018-0200-5 , https://www.nature.com/articles/s41586-018-0200-5