Учёные выполнили ключевое условие для создания квантового Интернета

Специалисты института квантовой оптики имени Макса Планка сделали большой шаг навстречу квантовому интернету. Им удалось увеличить время когерентности хранения кубитов на атоме, пойманном в оптическом резонаторе, до показателей свыше 100 мс.

Глобальная квантовая сеть

Этого достаточно для создания глобальной квантовой сети, в которой кубиты напрямую телепортируются между конечными узлами. Как известно, свет является идеальным переносчиком квантовой информации, закодированной в отдельных фотонах. Однако перенос на большие расстояния неэффективен и ненадёжен. Использование прямой телепортации между конечными узлами сети поможет снизить потери кубитов.

Для этой цели необходимо выполнение двух условий. Во-первых, между узлами должна существовать запутанность, а во-вторых, измерение фотона на стороне отправителя должно запустить передачу кубита на узел получателя. Но переданный кубит может быть перевёрнут, и для возвращения его в исходное положение потребуется какое-то время, в течение которого кубит должен храниться на узле получателя. Экспериментально доказано: для двух самых удалённых друг от друга узлов это время составляет 66 мс.

Ещё в 2011 году учёные продемонстрировали технику хранения фотонного кубита на отдельном атоме, но время хранения было ограничено всего несколькими сотнями микросекунд. Главной проблемой был так называемый феномен сдвига по фазе из-за взаимодействий с окружающими магнитными полями.

Эксперимент немецких учёных

В новом эксперименте учёные попытались воздействовать на флуктуации магнитного поля, в котором кубит в 500 раз менее чувствителен к его изменениям. Был использован рамановский переход с использованием лазерных лучей. В течение 10 мс наложение сохранённого и возвращённого фотонов составляло 90%.

Трансфер атомного кубита в менее чувствительное состояние продлевает время когерентности в 10 раз. Другое 10-кратное увеличение возникает из-за так называемого «спинового эха». Именно этим способом и сохраняется природа кубита в течение 100 мс. Подробности эксперимента доступны в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

Хотя глобальная квантовая сеть, позволяющая надёжно и безопасно передавать квантовую информацию, всё ещё требует большого объёма исследований, долгосрочное хранение кубитов является ключевой её технологией, и мы уверены, что эти улучшения значительно приблизят нас к её воплощению.

Китай впереди планеты всей

Добавим, что китайские учёные проделали большую работу для внедрения квантовой связи. Они смогли запустить первую в мире квантовую оптоволоконную линию связи протяжённостью в 2000 километров, соединяющую крупнейшие города страны Шанхай и Пекин. Помимо этого, чиновники Поднебесной имеют в своём распоряжении квантово-зашифрованную сеть для безопасных телефонных звонков и передачи данных.