Китайские ученые расширили диапазон квантовой сети до 3700 километров
Китайские ученые из Пекинского университета совершили прорыв в области квантовых коммуникаций, сумев расширить диапазон работы сети до впечатляющих 3700 километров. В то время как научное сообщество и технологические компании сосредоточены на создании защищенных от ошибок квантовых компьютеров, перед исследователями остро встает вопрос создания инфраструктуры для их взаимодействия. Разработка надежных квантовых сетей передачи данных долгое время сталкивалась с серьезными препятствиями: запредельной стоимостью оборудования и ограниченным радиусом действия, особенно при попытках использования существующих оптоволоконных линий.
Традиционным эталоном в этой сфере считается технология квантового распределения ключей (QKD), которая теоретически является взломостойкой и мгновенно обнаруживает попытки перехвата сигнала. Однако ее главным недостатком является использование так называемых «доверенных ретрансляционных узлов» для передачи ключей на большие расстояния. Эти узлы не только не позволяют обслуживать множество пользователей одновременно, но и создают потенциальные уязвимости в сети. Команда из Пекина решила кардинально изменить подход и полностью отказалась от этих узлов.
Для достижения цели ученые применили инновационную двухкомпонентную архитектуру. На серверной стороне они разместили супероптическую гребенку — чип размером меньше ногтя, который генерирует сверхстабильные лазерные линии на одной частоте. Этот элемент позволяет всем устройствам в сети работать с беспрецедентно точной синхронизацией, отклоняясь от заданной частоты всего на 40 герц. На клиентской стороне были задействованы 20 независимых квантовых передающих чипов, способных работать попарно подобно телеграфным аппаратам на квантовом уровне. Получая сигнал от центральной гребенки, они кодировали информацию в световые импульсы и отправляли их по стандартному оптоволоконному кабелю.
В ходе экспериментов с кабелем протяженностью 370 километров модуляторы чипов продемонстрировали эффективность в 97,5%. Благодаря тому, что каждая пара чипов могла обеспечивать связь на этом расстоянии, совокупная мощность сети из 20 чипов достигла 3700 километров. Критически важным достижением стало то, что все компоненты были произведены на стандартных промышленных пластинах, что гарантирует высокую масштабируемость и возможность промышленного производства, а не штучного создания.
Исследователи полагают, что их метод откроет путь к созданию межгородских квантовых сетей, способных поддерживать сотни пользователей без использования ретрансляторов и специальных дорогостоящих кабелей. Тем не менее, ученые подчеркивают, что технология пока находится на лабораторной стадии и работает только в строго контролируемых условиях. Чтобы приблизить ее к реальному внедрению, команда уже работает над усовершенствованием серверного чипа, добавляя в него детекторы одиночных фотонов и оптические преобразователи частоты, а также расширяет количество каналов микрогребенки для одновременного обслуживания большего числа клиентов.