Американські науковці з Пенсільванського університету вперше у світі змогли передати квантові сигнали через оптоволоконні кабелі, використовуючи інтернет-протокол (IP). Це відкриття підтвердило, що для квантового зв’язку можна використовувати ту ж інфраструктуру, яка сьогодні обслуговує звичайний інтернет-трафік. Випробування здійснювалися на комерційній оптоволоконній мережі компанії Verizon у межах університетського кампусу.
Про це розповідає ProIT
Інноваційний чип для квантового з’єднання
Дослідники розробили спеціальний квантовий чип, який координує обробку квантової та класичної інформації, працюючи за стандартними інтернет-протоколами. Такий підхід може стати основою для розгортання масштабованого квантового інтернету. Передача квантових сигналів ґрунтується на феномені квантової заплутаності: зміна стану однієї частинки миттєво впливає на іншу, незалежно від відстані. Це дозволяє квантовим комп’ютерам обмінюватися інформацією та відкриває шлях до створення потужніших систем штучного інтелекту, а також нових матеріалів та ліків.
Переваги та виклики квантового інтернету
У ході експерименту чип успішно передавав квантові сигнали через діючу комерційну мережу, автоматично коригуючи рівень шуму. Він об’єднував квантові та класичні дані в стандартні пакети, які скеровувалися через звичні системи адресації та керування. Це доводить сумісність квантових технологій із нинішньою інфраструктурою.
“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 пояснює співавтор Роберт Броберг, у класичних мережах для маршрутизації даних їх вимірюють, але у випадку квантового зв’язку це призводить до руйнування стану заплутаності. Для вирішення цієї проблеми створено “Q-Chip”, який дозволяє класичним світловим потокам координувати передавання квантових частинок без їх пошкодження. Перший автор дослідження Ічі Чжан порівняв це з поїздом: класичні сигнали діють як двигун, а квантова інформація перевозиться у «герметичних контейнерах», які не можна відкрити без руйнування вмісту.
Завдяки тому, що класичні сигнали можна вимірювати, система слідує стандартному IP-протоколу. Серед основних проблем передачі квантових сигналів у комерційних мережах — вплив температурних перепадів, вібрацій та інших факторів, які змінюють якість лінії. Для цього дослідники запропонували метод коригування помилок: перешкоди у класичному сигналі аналогічно впливають на квантовий, що дозволяє підлаштовувати роботу системи. У тестах точність передачі даних перевищила 97%, що свідчить про високу стійкість до шуму та стабільність поза лабораторією.
Дослідники зазначають, що наразі мережа складається з одного сервера та одного вузла, які з’єднують дві будівлі через оптоволоконний кабель довжиною близько кілометра. Для масштабування потрібно лише виготовити більше чипів і підключити їх до існуючих кабелів у Філадельфії.
Головною перепоною для розширення квантових мереж за межами міста залишається неможливість підсилення квантового сигналу без руйнування його стану. Існуючі технології, зокрема квантові ключі на основі слабкого когерентного світла, дозволяють встановлювати надзахищений зв’язок, однак поки що не підходять для об’єднання квантових процесорів між собою.
Роберт Броберг порівнює нинішній етап розвитку квантового інтернету з ранніми 1990-ми роками, коли університетські мережі лише починали об’єднуватися, що призвело до непередбачуваних змін у галузі. Дослідники вважають, що квантовий інтернет має аналогічний потенціал для революційних перетворень.
Результати дослідження опубліковано у журналі Science.
