Четверть века назад физики-теоретики из Университета Инсбрука выдвинули первое предложение о том, как передавать квантовую информацию с помощью квантовых ретрансляторов на большие расстояния, что открыло бы путь к созданию всемирной квантовой информационной сети. Теперь новое поколение исследователей из Инсбрука построило квантовый узел-ретранслятор для стандартной длины волны телекоммуникационных сетей и передало квантовую информацию на десятки километров.
Квантовые сети соединяют квантовые процессоры или квантовые датчики друг с другом. Это обеспечивает надежную связь и высокопроизводительные распределенные сенсорные сети. Между узлами сети квантовая информация обменивается фотонами, которые проходят по оптическим волноводам. Однако на больших расстояниях вероятность потери фотонов резко возрастает. Поскольку квантовую информацию нельзя просто скопировать и усилить, 25 лет назад Ханс Бригель, Вольфганг Дюр, Игнасио Сирак и Петер Цоллер, работавшие тогда в Университете Инсбрука, представили чертежи квантового ретранслятора. Они оснащены источниками запутывания света и материи и запоминающими устройствами для создания запутанности в независимых сетевых соединениях, которые соединяются между собой так называемым обменом запутанностью, чтобы в конечном итоге распределить запутанность на большие расстояния.
Возможна даже передача данных на расстояние более 800 километров
Квантовым физикам во главе с Беном Лэньоном из департамента экспериментальной физики Университета Инсбрука удалось создать основные компоненты квантового ретранслятора - полностью функционирующего сетевого узла, состоящего из двух систем из одной материи, позволяющих создавать запутанность с помощью фотона на стандартной частоте телекоммуникационной сети и выполнять операции по замене запутанности. Узел ретранслятора состоит из двух ионов кальция, захваченных в ионную ловушку внутри оптического резонатора, а также однофотонного преобразования в телекоммуникационную длину волны. Таким образом, ученые продемонстрировали передачу квантовой информации по оптическому волокну длиной 50 километров, причем квантовый ретранслятор был расположен ровно на полпути между начальной и конечной точками. Исследователи также смогли рассчитать, какие усовершенствования этой конструкции потребовались бы для обеспечения возможности передачи данных на расстояние более 800 километров, что позволило бы соединить Инсбрук с Веной.
Текущие результаты были опубликованы в Письма с физическим обзором Финансирование исследования было обеспечено премией START award от Австрийского научного фонда FWF, Австрийской академии наук и Европейского союза, среди прочих. Команда Лэньона является частью Quantum Internet Alliance, международного проекта под эгидой флагмана ЕС Quantum.
Комментарии