Шаг к интернету будущего: физики связали свет и материю квантовым узлом
Квантовые сети часто называют интернетом будущего, но работать они будут совершенно иначе, чем привычные нам современные компьютерные сети. Вместо электрических сигналов информацию в них будут переносить частицы света — фотоны. Такие сети позволят создать абсолютно защищенные каналы связи, объединить удаленные квантовые компьютеры в единую сверхмощную машину и построить сенсорные системы беспрецедентной точности.
Для создания квантовой сети необходимы специальные узлы, которые могут хранить квантовую информацию и обмениваться ею через фотоны. Команда из Университета Инсбрука под руководством Бена Ланьона продемонстрировала работу такого узла, используя цепочку из десяти ионов кальция в прототипе квантового компьютера.
Процесс работает следующим образом: с помощью электрических полей ионы по одному перемещаются в оптический резонатор — специальную камеру, где свет может взаимодействовать с веществом. Там точно настроенный лазерный импульс заставляет ион испустить единственный фотон, свойства которого оказываются квантово связанными с состоянием иона. Это явление называется квантовой запутанностью — изменение состояния иона мгновенно отражается на фотоне, даже если они разделены огромным расстоянием.
В результате создается поток фотонов, каждый из которых связан со своим ионом-кубитом в регистре. В будущем эти фотоны смогут путешествовать к удаленным узлам сети и устанавливать квантовую связь между отдельными устройствами. Ученые достигли точности ион-фотонного запутывания в 92%, что подтверждает надежность метода.
«Одна из ключевых сильных сторон этой техники — ее масштабируемость», — объясняет Бен Ланьон. «В то время как более ранние эксперименты позволяли связать только два или три ионных кубита с отдельными фотонами, наша установка может быть расширена до гораздо больших регистров, потенциально содержащих сотни ионов и более».
Это открывает возможность соединения целых квантовых процессоров между лабораториями или даже континентами. «Наш метод — это шаг к построению больших и более сложных квантовых сетей», — говорит соавтор работы Марко Кантери. «Он приближает нас к практическому применению квантовых технологий».
Помимо создания сетей, технология может стать толчком для развития оптических атомных часов — устройств, которые отсчитывают время настолько точно, что потеряли бы меньше секунды за все время существования Вселенной. Такие часы можно будет связать через квантовые сети, создав всемирную систему абсолютно точного хронометража.
Ранее ученые разработали технологию, которая позволила увеличить квантовую память в 30 раз.
