Квантовий стрибок у дослідженнях комунікаційних мереж, які неможливо зламати

Вчені з Університету Геріот-Ватт в Единбурзі, Шотландія, опублікували нове дослідження явища, відомого як квантова заплутаність. Це коли дві частинки, такі як фотони світла, залишаються пов’язаними, навіть якщо їх розділяють величезні відстані.

У світі, пронизаному такими загрозами, як кібератаки та джерела інформації, квантова заплутаність дозволить майбутнім комунікаційним мережам не зламати, кажуть дослідники з Інституту фотонних і квантових наук Геріота-Ватта. Ця технологія може забезпечити найбезпечнішу форму зв’язку, навіть якщо пристрої небезпечні або знаходяться в руках злочинців.

Але на великих відстанях заплутані фотони можуть бути порушені шумним середовищем реального світу, таким як штормова погода, фоновий шум або втрата сигналу в мережі зв’язку. Подібні проблеми можуть поставити під загрозу безпеку квантової мережі. Працюючи з колегами з Женевського університету у Швейцарії, фізики Heriot-Watt розробили спосіб, за допомогою якого квантова заплутаність виживає та залишається надійною навіть за екстремальних умов шуму та втрат.

«Навіть найкращі оптичні волокна у світі матимуть певну кількість втрат на кілометр, тому це є великою перешкодою для створення такої форми квантового зв’язку», — пояснює професор Мехул Малік, фізик-експериментатор і професор фізики Heriot- Watt’s School of Engineering and Physics Sciences, який досліджує квантові технології протягом 15 років.

«Це вперше було показано, що квантова заплутаність може терпіти як шум, так і втрати — і все ще виживати в сильній формі, відомій як квантове керування».

Професор Малік і його дослідницька група з Beyond Binary Quantum Information Lab змогли покращити надійність заплутаності за допомогою фотонів, заплутаних у кількох вимірах (кудітах), порівняно зі стандартними двовимірними квантовими одиницями (кубітами). Це «високовимірне» заплутування використовує просторову структуру світла для заплутування фотонів у 53-вимірному просторі, що складається з «пікселів» світла.

У ході тесту дослідники змогли скерувати заплутані фотони в умовах втрат і шуму, еквівалентних 79 км телекомунікаційного волоконно- оптичного кабелю, з 36% «білого шуму» — шуму, який, наприклад, міг походити від сонячного світла, що проникає в експеримент.

Інший висновок дослідження полягав у тому, що, як не інтуїтивно, збільшення кількості вимірів квантової заплутаності також різко скорочує час, необхідний для вимірювання результатів, сказав професор Малік.

«Ефективний і надійний потік інформації лежить в основі сучасного суспільства сьогодні», — каже професор Малік. «У майбутньому квантові мережі забезпечать над безпечний зв’язок із високою пропускною спроможністю. Щоб побудувати такий «квантовий» Інтернет, нам потрібно мати можливість надсилати квантову заплутаність на відстані реального світу. І єдиний спосіб ви можете зробити це, терплячи шум і втрати».

Квантова технологія передбачає використання фізики субатомних частинок для розробки над високопродуктивних додатків, включаючи потужніші обчислення, безпечніший зв’язок і надійніші системи навігації.

Професор Малік каже: «Квантова технологія — це дуже нова сфера, яка розвивається як академічним середовищем, так і промисловістю, і я вважаю, що наше дослідження неймовірно актуальне для обох. В академічному середовищі воно може допомогти просунути фундаментальні дослідження, а в промисловості — це може допомогти майбутні квантові мережі працюють на глобальних відстанях». Джерело