Исследователи из Университета Пенсильвании сделали значительный шаг к созданию квантового интернета, успешно передав квантовые сигналы по существующим оптоволоконным кабелям, что является прорывом, позволяющим передавать квантовые данные с использованием стандартных интернет-протоколов.
Профессор Лян Фэн, один из руководителей исследования, подчеркнул важность этого достижения. В отличие от предыдущих экспериментов по квантовой связи, ограниченных изолированными лабораториями или специализированной инфраструктурой, новый подход интегрирует квантовые сигналы в реальные сети. Команда разработала специальный квантовый чип под названием Q-Chip, который передает квантовые данные вместе с классическими сигналами по одним и тем же оптоволоконным кабелям, соблюдая стандартные интернет-протоколы. Этот чип, известный как Q-Chip, является ключевым элементом, позволяющим интегрировать квантовые сигналы в существующую инфраструктуру.
Квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут одновременно находиться в нескольких состояниях, в отличие от битов, используемых в классических компьютерах. Запутанность между кубитами позволяет данным оставаться связанными независимо от расстояния. Однако квантовые данные чрезвычайно чувствительны и хрупки; они коллапсируют при наблюдении, что приводит к потере информации. Традиционные интернет-маршрутизаторы, разработанные для классических пакетов данных, не могут обрабатывать квантовые данные, не разрушая их. Эта проблема решается благодаря Q-Chip, который добавляет к каждому квантовому сигналу классический «заголовок».
Именно здесь на помощь приходит Q-Chip. Q-Chip решает эту проблему, добавляя к каждому квантовому сигналу классический «заголовок». Этот заголовок, закодированный с помощью импульсов оптоволоконного лазера, содержит информацию о маршрутизации и времени. Маршрутизаторы считывают этот заголовок, чтобы направить данные к месту назначения, не вмешиваясь в сам квантовый сигнал. Следовательно, квантовые и классические сигналы могут передаваться одновременно и синхронно по одному и тому же оптоволоконному кабелю. Этот подход позволяет передавать квантовые и классические сигналы одновременно и синхронно по одному и тому же оптоволоконному кабелю.
Фэн описал эту технологию как «огромный шаг к передаче квантовых сигналов без искажений по существующей инфраструктуре». Команда протестировала свою систему, используя километровый оптоволоконный кабель, предоставленный Verizon. Квантовый сигнал реагировал на внешние шумы так же, как и классический сигнал. В этом сценарии классический сигнал помог исправить искаженный сигнал, гарантируя безопасную доставку квантовых данных. Этот тест демонстрирует возможность передачи квантовых данных в совместимости с существующей инфраструктурой. Была достигнута точность передачи данных (fidelity) выше 97% в реальных условиях.
Будущие этапы работы предполагают, что кремниевая структура Q-Chip облегчит массовое производство с использованием текущих производственных процессов. Фэн заявил, что эта технология представляет собой фундаментальный шаг к запуску начальных фаз квантового интернета в локальных и городских сетях. Это развитие признано многообещающим шагом для будущего квантового интернета, вызывающим значительный энтузиазм в научном сообществе. Ожидается, что в ближайшие 5-10 лет ранние стадии квантового интернета будут сосредоточены на локальных и городских сетях, с потенциальными приложениями, включающими безопасную связь, соединение квантовых компьютеров и распределенные квантовые сенсоры для сверхточного позиционирования и синхронизации.
Разработка Q-Chip является ключевым моментом, поскольку она позволяет использовать существующую оптоволоконную инфраструктуру, что значительно снижает затраты и сложность по сравнению с необходимостью создания совершенно новой сети. Это приближает нас к созданию масштабируемого квантового интернета, который обещает революционизировать связь, обеспечивая беспрецедентную безопасность и вычислительную мощность. Ожидается, что в ближайшие 5-10 лет ранние стадии квантового интернета будут сосредоточены на локальных и городских сетях, с потенциальными приложениями, включающими безопасную связь, соединение квантовых компьютеров и распределенные квантовые сенсоры для сверхточного позиционирования и синхронизации. Эта технология открывает возможности для революционных изменений в таких областях, как искусственный интеллект, разработка лекарств и материаловедение.