Новий чип наблизив створення повноцінного квантового інтернету

Експеримент, що може стати основою для майбутнього інтернету, провели в мережі Verizon, розповідає 24 Канал. З роботою науковців можна ознайомитися в журналі Sciense.

Як вдалося поєднати квантові та класичні мережі?

В основі прориву лежить компактний інтегрований чип Q-Chip, призначений для координації квантової та класичної інформації.

Головна проблема квантових комунікацій полягає в тому, що квантові частинки, наприклад, заплутані фотони, змінюють свій стан при будь-якому вимірюванні. Звичайні мережі направляють дані до кінцевого пункту призначення, постійно вимірюючи їх, що руйнує квантовий стан.

Як вдалося вирішити проблему?

Команда дослідників обійшла це обмеження, розробивши гібридну систему. Спеціальний чип відправляє класичний світловий сигнал трохи попереду квантового. Цей класичний "заголовок" можна вимірювати для маршрутизації пакета даних, залишаючи квантовий сигнал недоторканим.

Простими словами. Самі розробники порівнюють це із залізницею: класичний сигнал діє як локомотив, а квантова інформація "їде" позаду в запечатаних контейнерах, які не можна відкривати.

Такий підхід дозволив використати стандартний інтернет-протокол (IP), завдяки чому квантова інформація може передаватися тією ж "мовою", що й класична. Це ключовий фактор для масштабування технології з використанням наявної інфраструктури.

Вузол квантової мережі / Фото Sylvia Zhang

Іншою важливою перешкодою є нестабільність комерційних мереж. На відміну від ідеальних лабораторних умов, реальні оптоволоконні лінії зазнають впливу змін температури, вібрацій від будівництва та транспорту.

Щоб протистояти цьому, інженери розробили метод корекції помилок. Вимірюючи спотворення в класичному сигналі, система може передбачити, які корекції потрібно внести в квантовий сигнал, не вимірюючи його безпосередньо і зберігаючи його стан.

Якими були результати тестування?

Під час тестування на оптоволоконній мережі Verizon довжиною близько кілометра система підтримувала точність передачі понад 97%. Це доводить, що технологія здатна долати шум та нестабільність, які зазвичай руйнують квантові сигнали поза лабораторією.

Оскільки чип виготовлений з кремнію за стандартними технологіями, його можна виробляти масово, що спрощує масштабування.

Попри успіх, головною перешкодою для розширення квантових мереж за межі міста залишається неможливість посилювати квантові сигнали без руйнування їхньої заплутаності. Це завдання вимагатиме нових пристроїв, але поточне дослідження є важливим кроком, що демонструє можливість передачі квантових сигналів через наявні комерційні мережі.

Розвиток квантових технологій

Науковці та інженери продовжують працювати над новими відкриттями у галузі квантових технологій і досягають значних успіхів.

Нещодавно, наприклад, вдалося створити "магічні стани", які зроблять квантові обчислення корисними. Річ у тім, що наразі квантові обчислення вкрай ненадійні. З новим відкриттям квантові обчислення можуть стати кращими ніж класичні комп'ютернірозрахунки.

А тим часомдослідники з Caltech створили гібридну квантову пам'ять, яка використовує звукові хвилі для зберігання інформації, утримуючи квантові стани в 30 разів довше за аналоги.