Американські інженери з Пенсільванського університету вперше передали квантові сигнали по оптоволоконних кабелях, використовуючи інтернет-протокол (IP).
Результати дослідження продемонстрували, що квантовий зв’язок може забезпечуватись тією самою інфраструктурою, що підтримує інтернет-трафік. Випробування проводилися на кампусній оптоволоконній мережі Verizon.
Для цього дослідники створили квантовий чип для координації квантової та звичайної інформації, повністю сумісний із наявними інтернет-протоколами. Інноваційна розробка може стати значним кроком на шляху до впровадження квантового інтернету.
Передача квантових сигналів базується на частинках у стані заплутаності. Зміна стану однієї з них миттєво змінює іншу. Це може дозволити різним квантовим комп’ютерам взаємодіяти між собою та обмінюватись інформацією. Науковці очікують, що це призведе до появи більш ефективних систем штучного інтелекту або розробки нових матеріалів та ліків.
Дослідження показало, що в активній комерційній оптоволоконній мережі чип здатен передавати квантові сигнали, автоматично корегуючи рівень шуму. Цей чип об’єднує квантові та класичні дані у стандартні пакети та спрямовує через ті самі системи адресації та керування, які зазвичай використовуються пристроями, під’єднаними до мережі.
“Показавши, що інтегрований чип може керувати квантовими сигналами в реальній комерційній мережі, такій як Verizon, і робити це з використанням тих самих протоколів, які працюють у класичному інтернеті, ми зробили важливий крок на шляху до більш масштабних експериментів та практичного квантового інтернету”, — підкреслив провідний автор дослідження, професор матеріалознавства, інженерії електротехніки та системотехніки, Лян Фен.
Як зазначає співавтор дослідження Роберт Броберг, звичайні мережі вимірюють дані для спрямування їх до кінцевого пункту призначення, однак у випадку з квантовим зв’язком це неможливо, адже вимірювання квантових частинок зруйнує заплутаність. Для того, щоб обійти це, інженери створили “Q-Chip”, який координує класичні сигнали, що складаються з постійних потоків світла, з квантовими частинками.
“Класичний сигнал поширюється безпосередньо перед квантовим. Це дозволяє нам вимірювати класичний сигнал для його маршрутизації, залишаючи квантовий сигнал незайманим. Класичні сигнали діють як двигун поїзда, а квантова інформація їде позаду в герметичних контейнерах. Контейнери неможливо відкрити, не зруйнувавши вміст, але двигун гарантує, що весь поїзд дістанеться місця призначення“, — пояснює перший автор дослідження Ічі Чжан.
Оскільки класичні сигнали можна виміряти, вся система може слідувати тому самому протоколу IP або міжмережевому протоколу. Однією з найсерйозніших проблем під час передачі квантових сигналів у комерційній інфраструктурі є мінливість реальних ліній передачі. Комерційні мережі вразливі до перепадів температур, вібрацій та інших факторів.
У зв’язку з цим дослідники розробили метод коригування помилок, заснований на тому, що перешкоди у класичному сигналі аналогічно впливають на квантовий. За результатами випробувань, система підтримувала точність передачі даних вище 97%, що свідчить про її здатність долати шум та нестабільність, які зазвичай руйнують квантові сигнали поза лабораторними умовами.
“У нашій мережі всього один сервер та один вузол, що з’єднує дві будівлі, між якими Verizon проклала близько кілометра оптоволоконного кабелю. Але все, що потрібно зробити для розширення мережі — це виготовити більше чипів і підключити їх до оптоволоконних кабелів Філадельфії”, — підкреслив Лян Фен.
Головною перешкодою для масштабування квантових мереж за межами міст є неможливість посилення квантових сигналів, не руйнуючи при цьому стану заплутаності. Хоча деякі дослідники вже продемонстрували можливість використання спеціальних кодів для надзахищеного зв’язку — квантових ключів, які можна передавати на великі відстані по оптоволоконних кабелях, ці системи використовують слабке когерентне світло для генерації випадкових чисел, які неможливо скопіювати. Подібні технології ефективні для застосунків у сфері безпеки, однак недостатні для з’єднання між собою квантових процесорів.
“Це схоже на ранній період класичного інтернету у 1990-х, коли університети вперше об’єднали свої мережі. Це відкрило шлях до перетворень, які ніхто не міг передбачити. Квантовий інтернет має такий самий потенціал”, — переконаний Роберт Броберг.
Результати дослідження представлені у журналі Science
Джерело: SciTechDaily
Повідомити про помилку
Текст, який буде надіслано нашим редакторам: