Исследователи достигли устойчивой и точной квантовой телепортации

Квантовый Интернет — сеть, в которой информация, хранящаяся в кубитах, передается на большие расстояния через запутанность, — преобразит области хранения данных, точного измерения и вычислений, открывая новую эру коммуникации.

Недавно исследователи сделали значительный шаг в направлении создания квантового Интернета.

В статье, опубликованной в PRX Quantum, они впервые демонстрирует устойчивую телепортацию на большие расстояния кубитов, состоящих из фотонов (частиц света) с точностью более 90%.

Кубиты были телепортированы по оптоволоконной сети длиной 44 км с использованием современных детекторов одиночных фотонов, а также стандартного оборудования.

«Мы в восторге от этих результатов», — сказал ученый Fermilab Панайотис Спенцурис, руководитель программы квантовой науки Fermilab и один из соавторов статьи. «Это ключевое достижение на пути к созданию технологии, которая изменит наши представления о глобальных коммуникациях».

Квантовая телепортация — это перенос квантовых состояний из одного места в другое. Квантовая телепортация кубита достигается с помощью квантовой запутанности, при которой две или более частицы неразрывно связаны друг с другом. Если запутанная пара частиц разделяется между двумя отдельными местоположениями, независимо от расстояния между ними, закодированная информация телепортируется.

Совместная команда — исследователи из Фермилаба, AT&T, Калифорнийского технологического института, Гарвардского университета, Лаборатории реактивного движения НАСА и Университета Калгари — успешно телепортировала кубиты в две системы: квантовую сеть Калифорнийского технологического института и квантовую сеть Фермилаб.

Системы были спроектированы, построены, введены в эксплуатацию и развернуты в рамках государственно-частной исследовательской программы Caltech по интеллектуальным квантовым сетям и технологиям, или IN-Q-NET.

«Мы очень гордимся тем, что достигли этой вехи в создании устойчивых, высокопроизводительных и масштабируемых систем квантовой телепортации», — говорят ученые. «Результаты будут улучшены за счет модернизации системы, которую мы ожидаем завершить ко второму кварталу 2021 года».

Сети Caltech и Fermilab, которые обеспечивают почти автономную обработку данных, совместимы как с существующей телекоммуникационной инфраструктурой, так и с новыми устройствами квантовой обработки и хранения. Исследователи используют их для повышения точности и скорости распределения запутанности, уделяя особое внимание сложным протоколам квантовой связи и фундаментальной науке.

«С помощью этой демонстрации мы начинаем закладывать фундамент для строительства городской квантовой сети в районе Чикаго», — сказал Спензурис.

Сеть Чикаголенд, называемая квантовой сетью Illinois Express, разрабатывается Fermilab в сотрудничестве с Аргоннской национальной лабораторией, Калифорнийским технологическим институтом, Северо-Западным университетом и отраслевыми партнерами.

«Этот подвиг является свидетельством успеха сотрудничества между дисциплинами и учреждениями, от которого зависит так много всего, что мы делаем в науке», — сказал заместитель директора Fermilab по исследованиям Джо Ликкен. «Я благодарю команду IN-Q-NET и наших партнеров в академических и промышленных кругах за это первое в своем роде достижение в области квантовой телепортации».

Raju Valivarthi et al. Teleportation Systems Toward a Quantum Internet, PRX Quantum (2020). DOI: 10.1103/PRXQuantum.1.020317