Усовершенствованная квантовая сеть может стать прототипом квантового Интернета

Одна из самых сложных квантовых сетей, созданных на сегодняшний день, позволит 18 людям безопасно общаться благодаря возможностям квантовой физики. Исследователи, стоящие за этой работой, говорят, что она предлагает практический путь к созданию глобального квантового Интернета, но другие относятся к этому скептически.

Давно обещанное столько же, сколько Интернет позволит квантовые компьютеры общаться на расстоянии путем обмена частицами света, называемыми фотонами, которые связаны друг с другом квантовая запутанность. Это также позволило бы сетям квантовые датчики для связи или классические компьютеры для отправки и получения сообщений, которые невозможно взломать. Но соединить вместе квантовый мир не так просто, как проложить кабели, потому что гарантировать, что один узел сети может быть запутан с другим, является непростой задачей.

Сейчас, Сяньфэн Чен из Шанхайского университета Цзяо Тонг (Китай) и его коллеги показали, как связать две квантовые сети вместе. Во-первых, они построили две сети, каждая из которых имеет 10 узлов, которые имеют общую квантовую запутанность — по сути, две крошечные версии квантового Интернета. Затем они пожертвовали одним узлом из каждой сети, чтобы объединить их в одну большую, полностью запутанную сеть, в которой могла бы взаимодействовать каждая пара из 18 оставшихся узлов.

Объединение в сеть 18 классических компьютеров было бы простой задачей, требующей лишь чрезвычайно дешевых компонентов, но в квантовом мире это предполагает обмен отдельными фотонами между несколькими пользователями с настолько точным расчетом времени, что это требует передовых технологий и опыта. Даже связь между парой устройств сложна, но возможность общения любой паре из 18 пользователей является беспрецедентной.

«Наш подход предлагает важнейшие возможности для квантовой коммуникации между различными сетями и выгоден для создания крупномасштабного квантового Интернета, который обеспечивает связь между всеми пользователями», — пишут исследователи, которые не ответили на запрос о комментариях, в статье о своей работе.

Это слияние сетей, как его описывают исследователи, требует процесса, называемого обменом запутанностью. Фотоны можно сделать квантово запутанными, проведя особое наблюдение, называемое Измерение колокола. Одновременное измерение состояния одного фотона каждой из двух пар запутанных фотонов эффективно связывает два наиболее удаленных фотона в цепочке, но расходует измеренные фотоны, поскольку любая попытка напрямую проверить их состояние разрушает хрупкое квантовое равновесие.

«Это не первый раз, когда демонстрируется обмен запутанностью», — говорит Сиддхарт Джоши в Бристольском университете, Великобритания. «Они создали схему, позволяющую осуществлять переключение между сетями более удобным способом».

Джоши говорит, что исследования в области квантовой связи в настоящее время разделены между отправкой информации между двумя устройствами по сети. все большие расстоянияиногда даже с одним на спутнике, и пытаясь создать протоколы и методы для надежного объединения в сеть множества устройств на коротких расстояниях. Данное исследование относится ко второму лагерю. «Оба этих фактора очень важны», — говорит он.

Но Роберт Янг из Ланкастерского университета, Великобритания, говорит, что, хотя результатом является феноменальное техническое достижение, потребовавшее навыков и огромных ресурсов, он считает, что стоимость и сложность делают его маловероятным, чтобы он мог послужить прототипом для будущих широкомасштабных квантовых сетей.

«Это так далеко от практичности и от всего, что можно было бы реализовать в реальном мире», — говорит Янг. «В статье утверждается, что это будущее того, как можно объединить квантовые сети, но для достижения этой цели необходимо решить так много проблем, что это разочаровывает».

Одной из проблем является необходимость в так называемых квантовых повторителях для передачи информации на большие расстояния. Фотоны все чаще теряются в оптоволоконных кабелях по мере увеличения расстояния, а поскольку квантовая информация не может быть прочитана и передана повторно (поскольку измерения разрушают состояние фотонов), сигналы не могут быть усилены на их пути. Работающий квантовый повторитель позволил бы передавать сигналы на большие расстояния, но построить эти устройства оказалось непросто.

«На практике, создавая квантовую сеть, мы знаем, что нам действительно понадобится некая форма квантового повторителя», — говорит Янг, — чего эта демонстрация сети не касается.