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.
Источник: Хайтек
