Шаг к созданию квантового интернета

Исследователи под руководством Цзяньвэя Пана, Цяна Чжана и Сяохуэй Бао из Китайского университета науки и технологий (USTC), входящего в состав Китайской академии наук (CAS), достигли важной вехи в квантовой связи. Впервые они продемонстрировали ключевой компонент, необходимый для масштабируемых квантовых ретрансляторов, что впоследствии позволило им осуществить квантовое распределение ключей, не зависящее от устройства (DI-QKD), на расстоянии до 100 километров.

Результаты, опубликованные в журналах «Природа» (Nature) и «Наука» (Science), представляют собой важный шаг вперёд на пути к созданию функционального квантового интернета. Эта работа также укрепляет позиции Китая в авангарде квантовых исследований и технологий.

В основе квантовой информационной науки лежит стремление создать сети, которые были бы одновременно высокозащищенными и высокоэффективными. Эти квантовые сети объединят квантовую прецизионную метрологию, квантовую связь и распределенные квантовые вычисления. Вместе эти возможности позволят проводить чрезвычайно точные измерения, обеспечивать безопасную передачу данных и значительно ускорять обработку информации.

Одной из главных технических проблем является надёжное распределение квантовой запутанности на большие расстояния. Запутанность необходима для крупномасштабных квантовых сетей, но фотоны, распространяющиеся по оптическим волокнам, постепенно теряются, что резко ограничивает дальность прямой передачи запутанности.

Эта же проблема ограничивает возможности квантового распределения ключей, являющегося краеугольным камнем защищённой квантовой связи. Хотя DI-QKD обеспечивает безопасность даже в том случае, если задействованным устройствам нельзя полностью доверять, предыдущие эксперименты были ограничены расстояниями всего в несколько сотен метров.

Чтобы выйти за эти рамки, команда разработала систему квантовых ретрансляторов, способную создавать запутанность между двумя отдельными узлами памяти. Соединив эти узлы посредством обмена запутанностью, исследователи успешно распространили запутанность на гораздо большие расстояния.

Это был первый в мире случай достижения длительной квантовой запутанности, пригодной для масштабируемых архитектур квантовых ретрансляторов. Поддерживая запутанность значительно дольше, чем время, необходимое для установления межсегментных связей, это достижение открывает путь к созданию практических квантовых сетей дальнего действия.

Основываясь на этих достижениях в технологии квантовых ретрансляторов, исследователи впервые увеличили дальность действия DI-QKD до более чем 100 км, что стало важным шагом на пути к масштабируемым квантовым ретрансляторам за счёт одновременной реализации высокоточной межатомной запутанности на больших расстояниях.

Цзяньвэй Пан, руководитель исследовательской группы, член Китайской академии наук и исполнительный вице-президент USTC, отметил важность квантовых ретрансляторов, назвав их «строительными блоками», которые позволят разработать универсальные квантовые компьютеры в течение следующих 10–15 лет.

«Таким образом, будет реализован квантовый интернет, который обеспечит безопасное и эффективное соединение точного сбора информации и суперкомпьютеров», — сказал Пан.

Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников