Китайские ученые сообщают о прорыве в технологии квантового интернета с запутанными атомами

Статья в журнале "Nature" говорит, что команда смогла "запутать" два облака атомов с помощью 50-километрового оптического волокна. Это было самое большое расстояние, которое фотоны прошли в таком эксперименте.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature в четверг, группа исследователей в Китае «запутала» два облака атомов через 50-километровое (31-мильное) оптическое волокно - прорыв, который может помочь сделать квантовые интернет-технологии реальностью.

Квантовая запутанность - это физическое явление, которое озадачивало и очаровывало ученых на протяжении десятилетий: для любой пары запутанных частиц, какими бы далеко они ни были, изменения в квантовом состоянии одной частицы мгновенно влияют на состояние другой.

«Квантовый интернет», основанный на этой таинственной способности запутывать, может фундаментально изменить информационные технологии и общество в целом.

Например, это может создать проблему для международных шпионских программ, таких как проект «Призма» или альянс «Пять глаз». Это связано с тем, что при запутанных частицах любая попытка подслушивания неизбежно вызовет физическое нарушение, которое предупредит отправителя или получателя.

Это также улучшило бы точность измерений и спутниковую навигацию, потому что часы могли бы быть более точно синхронизированы, когда компьютеры по всему миру одновременно работали над задачей.

И это может даже изменить наше понимание Вселенной с помощью датчиков, связанных квантовой сетью, потенциально способных обнаруживать гравитационные волны от звезд, сталкивающихся в далеких галактиках.

Китай, как правило, считается мировым лидером по квантовой технологии связи - они разработали первый квантовый спутник и имеет самую длинную квантовую ключевую распределительную сеть в эксплуатации.

Такие сети используют лишь небольшое количество запутанных частиц для кодирования сообщений в целях дополнительной безопасности, в то время как будущий квантовый интернет будет посылать информацию полностью используя квантовую механику, такую как запутывание.

В ходе эксперимента группа исследователей под руководством профессора Пань Цзяньвэя из Китайского научно-технического университета в Хэфэй, провинция Аньхой, послала мощный лазерный луч в скопление атомов рубидия.

Лазер - более мощный, чем любой другой используемый в предыдущих экспериментах - спутал некоторые атомы металлов с фотонами или частицами света. Затем эти фотоны отскочили от атомов и прошли через оптическое волокно, чтобы достичь большего количества атомов на другом конце, когда атомы рубидия с обоих концов запутались.

Идея построения квантового интернета с запутанными атомами в виде ретрансляторов, которые передают квантовое сообщение от одной остановки к другой, не нова, но до сих пор самое большое расстояние, которое прошли фотоны, было чуть более 1 км.

Оптическое волокно, основа современных телекоммуникаций, не является дружественной средой для запутанных световых частиц. По некоторым оценкам, если бы 100 квадриллионов запутанных фотонов прошли через оптическое волокно, то только один из них выжил бы после 50 км.

Несмотря на то, что уже существуют сети распределения квантовых ключей, они не передают информацию через запутанные частицы.

Например, 1100-километровая оптоволоконная сеть, которая проходит между Пекином и Шанхаем, может передавать небольшое количество запутанных фотонов, которые используются в качестве ключей шифрования для защиты данных - но эти запутанные частицы не могут посылать информацию.

Информация о будущем квантовом интернете будет передаваться запутанными фотонами. Однако в настоящее время этот тип квантовой технологии связи сильно ограничен пропускной способностью.

Команда Пань Цзяньвэя смогла повысить выживаемость фотонов, путешествующих по 50 км оптического волокна, с одного квадриллиона на 100 до одного на 100. Они сделали это, разработав кристалл из ниобия, лития и кислорода, который может преобразовывать пучок запутанных легкие частицы в частоту, обычно используемую в коммерческих коммуникациях.

Исследователи утверждают, что, увеличив число атомных ретрансляторов, они смогут построить квантовый Интернет в масштабе города.

Квантовый интернет также будет иметь широкий спектр военных приложений. Например, это может значительно улучшить точность GPS и дать беспрецедентную точность ракет.

Американские исследователи, финансируемые армией США, провели в сентябре эксперимент по запутыванию с использованием атомов кальция, но эффективность передачи составляла всего около 1% от той, о которой сообщили китайские ученые в аналогичных испытаниях.

Исследователь сказал, что другие страны догоняют Китай по квантовым коммуникационным технологиям, «особенно Нидерланды».