Naukowcy z Uniwersytetu Pensylwanii dokonali znaczącego postępu w kierunku budowy internetu kwantowego, pomyślnie przesyłając sygnały kwantowe przez istniejące światłowody. To przełomowe rozwiązanie umożliwia wysyłanie danych kwantowych przy użyciu standardowych protokołów internetowych, otwierając obiecujące perspektywy dla przyszłego rozwoju tej technologii.
Profesor Liang Feng, jeden z liderów badań, podkreślił znaczenie tego osiągnięcia. W przeciwieństwie do wcześniejszych eksperymentów komunikacji kwantowej, które były ograniczone do izolowanych laboratoriów lub specjalistycznej infrastruktury, nowe podejście integruje sygnały kwantowe z rzeczywistymi sieciami. Zespół opracował specjalny chip kwantowy, nazwany Q-Chip, który przesyła dane kwantowe wraz z sygnałami klasycznymi w tych samych światłowodach, zgodnie ze standardowymi protokołami internetowymi.
Komputery kwantowe wykorzystują kubity, które mogą istnieć w wielu stanach jednocześnie, w przeciwieństwie do bitów używanych w komputerach klasycznych. Splątanie między kubitami pozwala danym pozostać połączonymi niezależnie od odległości. Dane kwantowe są jednak niezwykle wrażliwe i kruche; ulegają załamaniu przy obserwacji, co prowadzi do utraty informacji. Tradycyjne routery internetowe, zaprojektowane dla klasycznych pakietów danych, nie są w stanie obsłużyć danych kwantowych bez ich zniszczenia. Tutaj właśnie wkracza Q-Chip.
Q-Chip rozwiązuje ten problem, dołączając klasyczny „nagłówek” do każdego sygnału kwantowego. Nagłówek ten, zakodowany za pomocą impulsów laserowych światłowodowych, zawiera informacje o trasie i czasie. Routery odczytują ten nagłówek, aby skierować dane do zamierzonego miejsca docelowego, nie zakłócając samego sygnału kwantowego. W rezultacie sygnały kwantowe i klasyczne mogą być przesyłane jednocześnie i synchronicznie przez ten sam światłowód. Profesor Feng opisał tę technologię jako „znaczący krok w kierunku przesyłania sygnałów kwantowych bez degradacji przez istniejącą infrastrukturę”.
Zespół przetestował swój system, używając kilometrowej linii światłowodowej dostarczonej przez firmę Verizon. Sygnał kwantowy reagował na szumy otoczenia podobnie jak sygnał klasyczny. W tym scenariuszu sygnał klasyczny pomógł w korekcie uszkodzonego sygnału, zapewniając bezpieczne dotarcie danych kwantowych do celu. Ten test demonstruje wykonalność przesyłania danych kwantowych w sposób kompatybilny z istniejącą infrastrukturą. Przyszłe etapy prac sugerują, że krzemowa struktura Q-Chip ułatwi masową produkcję przy użyciu obecnych procesów produkcyjnych.
Profesor Feng stwierdził, że technologia ta stanowi fundamentalny krok w kierunku uruchomienia początkowych faz internetu kwantowego w sieciach lokalnych i metropolitalnych. Rozwój ten jest uznawany za obiecujący krok naprzód dla przyszłości internetu kwantowego, budząc znaczne podekscytowanie w społeczności naukowej. Badania nad Q-Chip, opracowanym przez zespół pod kierownictwem profesora Lianga Fenga z Uniwersytetu Pensylwanii, pokazują, że integracja chipów kwantowo-klasycznych z istniejącą infrastrukturą światłowodową jest możliwa, otwierając drogę do praktycznych zastosowań internetu kwantowego. Ten przełom, opublikowany w czasopiśmie Science, wykorzystuje protokół internetowy (IP) do przesyłania danych kwantowych, co stanowi znaczący postęp w porównaniu do wcześniejszych, izolowanych rozwiązań laboratoryjnych. Zdolność Q-Chip do automatycznego korygowania szumów i zarządzania sygnałami kwantowymi bez ich zakłócania jest kluczowa dla skalowalności tej technologii. Eksperymenty przeprowadzone na sieci światłowodowej firmy Verizon potwierdziły, że sygnały kwantowe mogą być przesyłane z zachowaniem integralności, co jest podstawą do budowy globalnej sieci kwantowej.