Новый чип передает квантовые сигналы по обычным оптоволоконным кабелям
Команда ученых из Университета Пенсильвании использовала специально разработанный квантовый чип для упаковки квантовых данных вместе со стандартным оптическим сигналом и их передачи по коммерческой инфраструктуре.
«В отличие от предыдущих экспериментов, которые требовали изолированных лабораторных установок или специализированной инфраструктуры, этот подход впервые интегрирует квантовую связь в реальные сети», — рассказал руководитель работы Лян Фэн, профессор материаловедения и электротехники.
Главная проблема передачи квантовых данных заключается в их хрупкости. Квантовая информация переносится кубитами — базовыми единицами квантовой информации. В отличие от классических компьютерных битов, которые могут быть либо нулем, либо единицей, кубиты могут существовать в суперпозиции — то есть одновременно быть и нулем, и единицей. Однако при наблюдении за ними и их измерении, квантовые состояния разрушаются, что делает квантовую информацию чрезвычайно сложной практического применения.
В обычном интернете трафик направляется маршрутизаторами, которые читают и интерпретируют информацию по мере ее движения по сети. С квантовыми частицами это невозможно сделать без уничтожения самих передаваемых данных — суперпозиция попросту разрушится при наблюдении за ней.
Разработанный учеными Q-Chip («Quantum-classical hybrid internet by photonics», Квантово-классический гибридный интернет на основе фотоники) решает эту проблему, сопровождая каждый квантовый сигнал классическим «заголовком» — пакетом данных, содержащим информацию о маршрутизации и времени. Синхронизируя классические и квантовые сигналы для совместного движения, чип позволяет маршрутизаторам считывать навигационную информацию заголовка, не взаимодействуя при этом с квантовым сигналом и не разрушая его.
«Наш Q-Chip позволяет контролировать квантовые и классические сигналы, чтобы они путешествовали вместе по одним и тем же оптоволоконным кабелям, используя стандартные интернет-протоколы», — объясняет Фэн.
Для тестирования системы команда построила простое соединение между сервером и приемным узлом, используя километровый участок коммерческого оптоволокна, эксплуатируемого телекоммуникационной компанией Verizon. Поскольку классический заголовок и квантовый сигнал реагируют на помехи окружающей среды одинаково, команда смогла использовать классический сигнал для коррекции шумов без нарушения квантового состояния.
Важно, что Q-Chip изготовлен из кремния с использованием уже существующих технологий, то есть его можно без проблем запустить в массовое производство. «В ближайшие 5−10 лет ранние этапы квантового интернета, вероятно, будут сосредоточены на локальных сетях или квантовом интернете масштаба мегаполиса», — прогнозирует Фэн.
Это достижение особенно значимо, поскольку избавляет от необходимости создания отдельных сетей, предназначенных исключительно для квантовых коммуникаций, создавая условия для скорого развертывания и масштабирования квантового интернета.
Ранее ученые открыли квантовую запутанность между двумя удаленными атомами кремния.
