Идея квантового интернета давно привлекает внимание и вызывает интерес. Перспектива безопасной и мгновенной связи на огромных расстояниях без угрозы перехвата сделала её ключевым направлением в области квантовых вычислений.
Недавнее исследование учёных из Нанкинского университета, опубликованное в журнале Physical Review Letters, приблизило будущее квантового интернета. В ходе эксперимента была успешно продемонстрирована квантовая телепортация, которая позволяет передавать квантовую информацию, закодированную в телекоммуникационных фотонах, в твердотельную квантовую память.
Роль квантовой телепортации в квантовых сетях
Квантовая телепортация — это удивительное явление в квантовой механике, при котором квантовое состояние частицы передаётся из одного места в другое без физического перемещения самой частицы. Это достигается с помощью процесса, называемого квантовой запутанностью, когда две частицы становятся настолько связанными, что изменения в одной мгновенно влияют на другую, независимо от расстояния между ними.
В контексте исследования из Нанкинского университета квантовая телепортация играет решающую роль в передаче квантовой информации на большие расстояния. «Квантовая телепортация — это всегда увлекательный протокол в квантовой связи из-за её способности передавать квантовые состояния, не раскрывая их», — сказал Сяо-Сун Ма, старший автор статьи.
Этот аспект телепортации имеет решающее значение, поскольку означает, что квантовая информация может быть передана безопасно, без раскрытия состояния частицы. Это ключ к развитию квантовой криптографии.
Квантовая память и её интеграция в системы квантовой телепортации
Основным направлением исследования Нанкинского университета была интеграция квантовой памяти в систему квантовой телепортации. Квантовая память — это ключевой компонент для создания квантовых повторителей, которые помогают расширить диапазон квантовых сетей, сохраняя и повторно передавая квантовую информацию.
Система, использованная в этом эксперименте, опиралась на ансамбли ионов эрбия в качестве квантовой памяти — твердотельную платформу, совместимую с существующей телекоммуникационной инфраструктурой. Эта интеграция знаменует собой значительный прорыв, поскольку демонстрирует возможность создания квантового интернета, который мог бы функционировать на тех же сетях, что поддерживают текущие системы связи.
Использование ионов эрбия для хранения квантовой информации особенно перспективно из-за их долгоживущих квантовых состояний, что может обеспечить более эффективную и надёжную квантовую связь на большие расстояния.
Эксперимент: компоненты и методы, стоящие за успехом телепортации
Успех эксперимента по квантовой телепортации в Нанкинском университете стал возможен благодаря тщательной интеграции нескольких сложных компонентов. Ма объяснил, что «мы использовали пять систем для проведения эксперимента», включая подготовку входного состояния, источник ЭПР для генерации запутанных пар фотонов из интегрированного фотонного чипа, измерение состояния Белла и квантовую память на основе ансамблей ионов эрбия.
Кроме того, команда использовала модуль распределения частот и тонкой настройки на основе полостей Ф-П и методов ПДВ для повышения точности процесса телепортации.
Использование этих компонентов позволило точно контролировать и передавать квантовые состояния между телекоммуникационными фотонами и твердотельной квантовой памятью. Каждая часть системы сыграла жизненно важную роль в обеспечении успеха квантовой телепортации, и вместе они сформировали надёжную основу для будущих систем квантовой связи.
Возможность использования существующей телекоммуникационной инфраструктуры для передачи квантовой информации — один из наиболее интересных аспектов этого исследования. Как заявил Ма, «вся наша система использует компоненты, совместимые с существующими волоконно-оптическими сетями. Эта телекоммуникационная платформа для генерации, хранения и обработки квантовых состояний света создаёт многообещающий подход к созданию крупномасштабных квантовых сетей».