Много учени по света работят усилено, за да изградят технологии за глобален квантов интернет – мрежа, в която всеки човек на Земята може да извършва квантови изчисления и да комуникира сигурно чрез квантово заплитане. Макар това да звучи като нещо от бъдещето, екип изследователи от Шанхайския университет „Цзяо Тонг“ успяха да обединят две независими квантови мрежи, приближавайки ни с една крачка по-близо до реализацията на квантов интернет.
Предизвикателствата при обединяване на квантови мрежи
Създаването на истински глобален квантов интернет изисква свързване на множество мрежи. Оказва се, че това е много по-сложно, отколкото при класическите мрежи. Въпреки че вече има демонстрирани връзки между квантови компютри в рамките на една мрежа, обединяването на много потребители остава трудна задача. Дори при използването на технологии като плътноразделно мултиплексиране по дължина на вълната (DWDM), се появяват проблеми със сложността и мащабирането.
Новото проучване, публикувано в Nature Photonics, показва, че изследователите са успели да слеят две отделни мрежи с общо 18 потребители. Всички те могат да комуникират сигурно чрез протоколи, базирани на квантово заплитане. Това е най-сложната много-потребителска квантова мрежа досега.
Как работи „много-потребителското“ заплитане
За да обединят двете мрежи, учените използват метод, наречен много-потребителско прехвърляне на заплитане. Процесът започва с две отделни мрежи по 10 възела. Всяка мрежа е вътрешно заплетена, но не и с другата мрежа. След това по един възел от всяка мрежа се използва за обединяване, като тези възли се „отстраняват“ от крайния набор, оставяйки останалите 18 възела свързани помежду си.
За да се постигне това, се използват измервания в Белова суперпозиция – те „свързват“ двете мрежи, въпреки че самото измерване принуждава двата фотона да „колапсират“ квантово. Затова след процеса могат да се използват само 18 от общо 20 възела.
„След прехвърлянето на заплитането, двете мрежи от по 10 потребители се обединяват в 18-потребителска мрежа на нивото на квантовата корелация. Всички крайни потребители могат да комуникират чрез протокола за разпределение на квантови ключове,“ обясняват авторите на изследването.
По-нов подход към мултиплексирането
Екипът използва активно временно и дължинно мултиплексиране (ATWM) вместо DWDM, както при предишни опити. Качеството на заплитането е проверено чрез интерференция на два фотона и измервания на вярност. Резултатите показват, че заплитането е с високо качество – вярност над 84% и видимост на интерференцията над 75% (до 90,7%), докато класическите системи достигат едва около 50%.
Предизвикателствата за по-големи мрежи
Макар постижението да е голям пробив, създаването на по-големи или по-дълги мрежи ще изисква нови технологии. Един от основните проблеми са квантовите ретранслатори, които позволяват сигналите да пътуват по-далече без загуба на фотони.
„Основното предизвикателство при изграждането на практични дългосрочни квантови мрежи е създаването на стабилно заплитане между отдалечени възли с квантова памет. Въпреки големия напредък в квантовата памет през последните години, мащабиране на големи и дълги мрежи с настоящите технологии остава трудно,“ пишат авторите.
Все пак екипът е оптимистичен: „Нашият подход отваря нови възможности за създаване на квантово заплитане между отдалечени възли в различни мрежи. Това улеснява обмена на квантова информация и има голям потенциал за изграждане на междуградски квантови мрежи на голям мащаб.“
Източник: Phys.org
