Две квантовые сети соединили обычным магазинным кабелем
Квантовый интернет все еще представляется скорее научной фантастикой из будущего, а тем временем на пути к нему сделан важный шаг, и совершили его ученые из Эдинбурга.
Физики из Университета Хериота-Уатта представили прототип квантовой сети, которая объединила две меньшие сети в одну реконфигурируемую систему на восемь пользователей, способную по запросу маршрутизировать и даже телепортировать квантовую запутанность. Подробности эксперимента изложены в журнале Nature Photonics.
«Уже были демонстрации, когда в рамках единой квантовой сети запутанность распределялась между множеством пользователей. Однако нам впервые удалось соединить две независимые сети. Речь идет не просто о новом способе распределения запутанности — мы обеспечили непосредственное взаимодействие между сетями. Это важный рубеж на пути к созданию полноценного квантового интернета», — заявил профессор Мехул Малик, руководивший исследованием.
Хаос света как ресурс
В основе построенного в его лаборатории прототипа лежит не блестящий квантовый чип и не устройство, созданное на заказ, а обычный оптоволоконный кабель, купленный в магазине, стоимостью менее 100 фунтов стерлингов.
Команда использовала эффект рассеяния света внутри оптоволокна, чтобы создать на его основе реконфигурируемый маршрутизатор запутанности.
«Свет в волокне хаотично "рикошетит" в сотнях направлений. Но мы смогли обуздать этот хаос и превратить его в ценный ресурс», — пояснила ведущий автор исследования Наталия Эррера Валенсия.
В результате получилось перепрограммируемое мультипортовое устройство, которое может распределять квантовую запутанность между пользователями по различным схемам, с возможностью переключения между локальными, глобальными и смешанными конфигурациями соединений.
Преимуществом системы стала способность к мультиплексированию каналов, то есть она может обслуживать множество пользователей одновременно, а не одну пару за раз. Именно мультиплексирование позволяет классическим телекоммуникационным сетям передавать огромные объемы данных по одному волокну на разных длинах волн; здесь аналогичный принцип применяется в квантовом режиме.
Наиболее впечатляющим достижением стала мультиплексированная телепортация запутанности — обмен ею между четырьмя удаленными пользователями по двум каналам одновременно. Предыдущие эксперименты демонстрировали телепортацию запутанности, но не для такого количества одновременных пользователей в столь гибкой архитектуре.
«Формируя волновой фронт света на входе, мы, по сути, программируем волокно, превращая хаотичное рассеяние внутри него в мощную многомерную оптическую схему. Это позволяет нам направлять квантовую запутанность куда требуется — и даже телепортировать ее, — используя этот вроде бы заурядный кусок кабеля», — сказала Эррера Валенсия.
Прорыв для квантовых вычислений
Эксперимент стал прорывом не только в части квантовой связи, но и в вычислениях, уверен профессор Малик.
«Перспективы открываются колоссальные. Квантовые вычисления способны изменить мир, совершив переворот в поиске и разработке лекарств, создании новых материалов для аккумуляторов и кардинально усилив машинное обучение. Один из самых многообещающих путей создания крупномасштабного квантового компьютера — это объединение множества небольших квантовых процессоров в сеть. Наш прототип — это как раз такая сеть, по которой могут распределять и обмениваться запутанностью множество пользователей, то есть те самые процессоры. Возможно, это именно тот прорыв, которого ждала вся отрасль. Да, пока это лабораторная демонстрация, но сам принцип — масштабируем», — заключил он.
