У 2024 році квантовий стан світла був успішно телепортований через понад 30 кілометрів (близько 18 миль) оптоволоконного кабелю посеред потоку інтернет-трафіку – інженерний подвиг, який колись вважався неможливим. Вражаюча демонстрація дослідників у США може не допомогти вам телевізійно передавати дані на роботу, щоб уникнути ранкових заторів, або швидше завантажувати улюблені відео з котами.
Однак, здатність телепортувати квантові стани через існуючу інфраструктуру є монументальним кроком до створення квантово-підключеної обчислювальної мережі, покращеного шифрування або потужних нових методів зондування.
«Це неймовірно захопливо, бо ніхто не думав, що це можливо», — каже Прем Кумар, інженер-обчислювач Північно-Західного університету, який керував дослідженням. «Наша робота показує шлях до квантових та класичних мереж наступного покоління, що використовують єдину оптоволоконну інфраструктуру. По суті, вона відкриває шлях до виведення квантового зв’язку на новий рівень».
Маючи мимохідну схожість із транспортними системами «Зоряного шляху» , які миттєво переносять пасажирів крізь час і простір, телепортація бере квантові можливості об’єкта в одному місці та, ретельно руйнуючи його, нав’язує той самий баланс можливостей подібному об’єкту в іншому місці.
Хоча акти вимірювання двох об’єктів вирішують їхню долю в одну мить, процес переплітання їхніх квантових ідентичностей все ще вимагає надсилання однієї хвилі інформації між точками в просторі. Подібно до казкової вутини у весняному дощі, квантовий стан будь-якого об’єкта є туманною плямою можливості, яка ризикує розчинитися в реальності через мить після створення. Електромагнітні хвилі випромінювання та теплові удари та скрегіт рухомих частинок швидко зводять квантову значущість до декогеренції, якщо вона не захищена якимось чином.
Одне — екранувати квантові стани всередині комп’ютерів. Набагато складніше — відправити один фотон через оптичні волокна, що гудуть під час банківських транзакцій, відео з котами та текстових повідомлень, захищаючи при цьому його квантовий стан. З таким самим успіхом можна кинути свою квантову вату в Міссісіпі та сподіватися, що вона зрештою матиме такий самий смак.
Щоб зберегти дорогоцінний стан свого самотнього фотона під дією інтернет-трафіку зі швидкістю 400 гігабіт на секунду, команда дослідників застосувала різноманітні методи для обмеження каналу фотона та зменшення ймовірності його розсіювання та змішування з іншими хвилями.
«Ми ретельно вивчили, як розсіюється світло, і розмістили наші фотони в такій точці, де цей механізм розсіювання мінімізований», — каже Кумар. «Ми виявили, що можемо здійснювати квантовий зв’язок без перешкод з боку класичних каналів, які присутні одночасно».
У той час як інші дослідницькі групи успішно передавали квантову інформацію разом із класичними потоками даних у симуляціях Інтернету, команда Кумара була першою, хто телепортував квантовий стан разом із реальним потоком Інтернету. Кожен тест додатково доводить, що квантовий інтернет неминучий, надаючи інженерам-обчислювачам абсолютно новий набір інструментів для вимірювання, моніторингу, шифрування та обчислення нашого світу, як ніколи раніше, без необхідності винаходити інтернет заново для цього.
«Квантова телепортація має здатність забезпечувати безпечний квантовий зв’язок між географічно віддаленими вузлами», — каже Кумар. «Але багато людей давно вважали, що ніхто не будуватиме спеціалізовану інфраструктуру для надсилання частинок світла. Якщо ми правильно виберемо довжини хвиль, нам не доведеться будувати нову інфраструктуру. Класичні комунікації та квантові комунікації можуть співіснувати». Це дослідження було опубліковано в журналі Optica.
