Первая демонстрация квантовой телепортации по интернет-кабелям
Впервые была продемонстрирована квантовая телепортация по оптоволоконному кабелю, передающему классический интернет-трафик. Работа предполагает, что можно будет воспользоваться преимуществами квантовой коммуникации без необходимости строить совершенно новую инфраструктуру параллельно с уже существующей.
Квантовая запутанность, которую Эйнштейн называл «жутким действием на расстоянии», позволяет изменениям в одной запутанной частице вызывать соответствующие изменения в другой, независимо от расстояния между ними. Это означает, что информация может передаваться между двумя точками без необходимости физически перемещаться между ними — другими словами, телепортация информации.
Однако это не значит, что можно совсем обойтись без сети передачи данных. Запутанные частицы начинают свой путь вместе и должны перемещаться между местоположениями отправителя и получателя. Если используемые частицы — фотоны, это можно сделать с помощью оптоволоконных кабелей, вроде тех, по которым проходит большая часть Интернета. Однако предыдущие демонстрации квантовой связи проводились в тишине и покое, а не заставляли фотоны перемещаться по оптическим магистралям, заполненным несвязанными сообщениями.
Возможность передавать информацию без прямой передачи открывает двери для еще более сложных квантовых приложений, реализуемых без специального оптоволокна
Это то, что теперь изменили ученые из Northwestern University. Они отметили предыдущие доказательства того, что любые запутанные передачи на длинах волн, близких к тем, которые активно используются для обычного интернет-трафика, будут легко нарушены.
Однако, используя длину волны, далекую от любого трафика, запутанность может выжить, не затронутая тем, что происходит рядом.
Выбрав длину 1290 нанометров для своей волны, ученые запутали фотоны и передали их по оптоволокну длиной 30,2 км, которое также использовалось для передачи интернет-трафика со скоростью 400 Гбит/с в популярном диапазоне C (1547 нанометров). Затем они изменили фотоны на одном конце оптоволокна и искали соответствующие изменения на другом, чтобы проверить, сохранилась ли запутанность.
«Мы тщательно изучили, как рассеивается свет, и поместили наши фотоны в точку, где этот механизм рассеяния минимизирован», — говорят исследователи. «Мы обнаружили, что можем осуществлять квантовую связь без помех со стороны классических каналов, которые присутствуют одновременно».
«Эта возможность передавать информацию без прямой передачи открывает двери для еще более сложных квантовых приложений, реализуемых без специального оптоволокна».
Помимо выбора длины волны, для работы потребовались и другие методы подавления шума, такие как фильтры на приемниках, которые исключали незапутанные фотоны, которые могли бы помешать результатам.
Объем переданной в этом случае информации и расстояние, на которое она была отправлена, слишком малы, чтобы иметь практическое применение. Фактически, отправитель и получатель находились в одном здании, а волокно было намотано, а не соединяло места, находящиеся на реальном расстоянии 30 километров друг от друга.
Однако если доказательство принципа удастся масштабировать, эта технология позволит безопасно передавать информацию, а также объединять квантовые компьютеры в сеть.
Одной из наиболее продвинутых технологий, которую надеется продемонстрировать научная группа, является «обмен запутанностью», при котором фотоны, которые ранее были независимы на обоих концах кабеля, становятся запутанными.
«Многие люди долгое время предполагали, что никто не будет строить специализированную инфраструктуру для отправки частиц света», — сказал Прем Кумар, автор работы. «Если мы правильно выберем длины волн, нам не придется строить новую инфраструктуру. Классические коммуникации и квантовые коммуникации могут сосуществовать».
Работа опубликована в открытом доступе в журнале Optica.