Квантовый интернет впервые пустили по обычному оптоволокну

Читать в полной версии

Квантовый интернет обещает стать новым технологическим чудом, которое изменит наш мир так же, как 30 лет назад изменил его обычный интернет. Но сделать это будет намного труднее: квантовые состояния легко разрушаются и поэтому не могут передаваться по обычным каналам связи. Попытки предпринимают многие, но успех даётся с трудом. Не исключено, что прорыв обеспечит разработка из США, недавно испытанная в Университете Пенсильвании на местных линиях связи.

Источник изображений: University of Pennsylvania

Исследователи даже не стали пытаться передавать по сети сами квантовые состояния, которые могут использоваться либо для вычислений, либо для передачи защищённой информации в виде квантового распределения ключей. Сегодня не существует технологий для создания квантовых повторителей, и это предсказуемо ограничивает дальность передачи квантовых данных. К тому же нельзя просто так «прикрутить» к квантовым протоколам классический интернет-протокол, чтобы пакет с квантовым содержимым прошёл через систему маршрутизации и добрался до адресата. Нужно было действовать иначе.

Группа учёных из Университета Пенсильвании воспользовалась чем-то вроде инкапсуляции. Они рассудили, что квантовые данные в виде особых состояний фотонов можно упрятать в пакет и не касаться их напрямую, чтобы не произошло коллапса волновой функции, возникающего при попытке прочитать квантовые состояния. Маршрутизация была доверена обычным сигналам (фотонам), которые, словно паровоз, доставляли контейнеры с «квантовыми» фотонами по месту назначения, работая при этом по обычному IP-протоколу.

Сборку «составов» осуществлял разработанный в университете кремниевый чип Q-Chip (сокращение от Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics). Он совмещал квантовые и классические сигналы и «говорил» на понятном классическому сетевому оборудованию языке. Чип был протестирован в кампусе университета на обычной сети длиной около одного километра, с одним узлом и одним сервером. Точность передачи квантовой информации составила 97 %.

Ещё одним важным аспектом разработки стала эффективная борьба с помехами. Они оказывали схожее влияние как на классический сигнал в оптоволокне, так и на фотоны с квантовыми состояниями. Возвращаясь к примеру с паровозом и вагонами, помехи примерно одинаково влияли и на «локомотив», и на неприкосновенный груз. Оценив воздействие на классический заголовок пакета, можно было понять характер влияния помех на квантовые данные и компенсировать его уже при чтении квантовой информации, не разрушая её ради коррекции ошибок. Разработчики утверждают, что этот приём повысил помехозащищённость при передаче квантовой информации по обычному оптоволокну.

Созданный в университете Q-Chip может выпускаться в неограниченном объёме на стандартных полупроводниковых фабриках. Это делает повсеместное развёртывание квантового интернета доступным и реальным — если технология будет доведена до коммерческого уровня. Однако вряд ли всё окажется так просто, как рисует пресс-релиз университета: технология наверняка потребует серьёзной доработки, прежде чем новый интернет станет реальностью.