Квантова інформація настільки крихка, що її може зруйнувати навіть випадковий спалах світла. Саме тому фізики вирішили провести експеримент, який ще кілька років тому здавався майже неможливим: вони пропустили квантовий сигнал через оптоволоконний кабель, у якому одночасно передавалися гігабіти звичайного інтернет-трафіку.
Дослідження виконала команда Північно-Західного університету у США. Вчені передавали заплутані фотони між кампусом в Еванстоні та центром мережевого обміну StarLight у Чикаго — через реальну міську волоконно-оптичну лінію завдовжки понад 24 кілометри.
Самотній фотон серед мільйонів
Звичайний інтернет використовує потужні світлові імпульси, кожен з яких містить мільйони фотонів. Квантовий сигнал, навпаки, може складатися буквально з одного фотона. Дослідники порівнюють це з мурахою, яка намагається пройти дорогою, заповненою слонами.
Поруч із квантовим каналом працювали два канали передачі даних зі швидкістю 800 Гбіт/с кожен, а загальна оптична потужність відповідала навантаженню, достатньому для десятків терабітів трафіку.
Як вдалося захистити квантовий сигнал
Головною загрозою був шум, який виникає всередині самого оптоволокна через розсіювання світла. Щоб його уникнути, команда використала інший спектральний діапазон для квантових фотонів та спеціальні фільтри, які відсікали більшість стороннього світла.
Окремою проблемою була синхронізація двох точок у різних частинах міста. Для цього застосували систему White Rabbit, розроблену для експериментів CERN, яка дозволяє узгоджувати час з точністю до трильйонних часток секунди.
Результат здивував навіть фізиків
Заплутані фотони дісталися Чикаго з точністю понад 94%, а різниця між передачею при повному навантаженні та майже порожньому волокні виявилася мінімальною. Інакше кажучи, потужний інтернет-трафік практично не зіпсував квантовий стан.
За словами керівника дослідження Према Кумара, це свідчить про те, що квантові сигнали можуть співіснувати з комерційними мережами значно краще, ніж очікувалося.
Чому це важливо
Квантовий інтернет розглядають як основу для:
- надзахищеного зв’язку;
- об’єднання квантових комп’ютерів;
- передачі квантової інформації через телепортацію станів.
Найбільша проблема завжди полягала у вартості: будувати окрему мережу для квантових сигналів було б надзвичайно дорого. Новий експеримент показує, що майбутні квантові канали можуть працювати на тій самій інфраструктурі, яку вже використовує сучасний інтернет.
Що далі
Поки що експеримент охопив лише один етап — розподіл квантової заплутаності. Наступна мета команди — здійснити повноцінну квантову телепортацію через міську мережу з реальним трафіком, а не в лабораторних умовах.
Якщо це вдасться, квантовий інтернет перестане бути лише красивою ідеєю фізиків і стане технологією, яку можна буде поступово інтегрувати у звичайні телекомунікаційні мережі. І, можливо, найцікавіше в цьому експерименті те, що «слони» у вигляді звичайного інтернету навіть не помітили, як поруч із ними пройшла надзвичайно крихка квантова «мураха».
