В ЦЕРНе проводится небольшой, но инновационный эксперимент. Его цель — проверить, как оптические сигналы синхронизации, рождённые в ЦЕРНе и обычно используемые в ускорителях лаборатории для синхронизации устройств со сверхвысокой точностью, можно наилучшим образом передавать по оптическому волокну вместе с однофотонным сигналом от источника квантово-запутанных фотонов. Результаты могут проложить путь для использования этой техники в квантовых сетях и квантовой криптографии.
Исследования в области квантовых сетей стремительно развиваются по всему миру. Будущие квантовые сети могут соединять квантовые компьютеры и датчики, не теряя при этом квантовой информации. Они также могут обеспечить безопасный обмен информацией, открывая новые возможности во многих областях.
В отличие от классических сетей, где информация кодируется в двоичных битах (0 и 1), квантовые сети используют уникальные свойства квантовых битов, или «кубитов», такие как суперпозиция (когда кубит может существовать в нескольких состояниях одновременно) и запутанность (когда состояние одного кубита влияет на состояние другого, независимо от расстояния между ними).
Эти свойства позволяют квантовым сетям выполнять задачи, которые невозможны или неэффективны для классических сетей. Квантовые сети можно использовать даже для проверки фундаментальных физических концепций, таких как неравенства Белла и структура пространства-времени.
В рамках инициативы ЦЕРН по квантовым технологиям (QTI) учёные недавно создали специализированную лабораторию, чтобы проверить, как оптический сигнал синхронизации White Rabbit, созданный в ЦЕРНе, можно наилучшим образом передавать вместе с запутанными фотонами по оптическому волокну. Хотя подобные эксперименты проводились ранее другими исследовательскими группами по всему миру, впервые эта технология, изначально разработанная для синхронизации устройств-ускорителей, тестируется в ЦЕРНе для этой цели.
«Технология синхронизации White Rabbit — это естественный кандидат для применения в квантовой связи, поскольку она обеспечивает субнаносекундную точность и пикосекундную точность синхронизации, что делает её подходящей для больших распределённых систем и квантовых сетей», — говорит Анник Типе, учёный, отвечающий за лабораторию квантовых сетей ЦЕРН.
Такая же точность синхронизации требуется при распределении квантовых ключей, протоколе, который генерирует защищённые ключи шифрования для квантовой криптографии. «Высокая точность синхронизации имеет решающее значение для демонстрации распределения пар запутанных фотонов, что составляет основу квантового распределения ключей на основе запутанности», — объясняет Анник. «В отличие от других существующих технологий синхронизации времени, White Rabbit является открытым исходным кодом и основан на стандартах».
В текущем эксперименте классический сигнал синхронизации White Rabbit объединён с квантовым сигналом от источника запутанных пар фотонов, который был предоставлен ЦЕРНу компанией Qunnect. В установке также используется сверхпроводящий однофотонный детектор на основе нанопроволоки, предоставленный компанией Single Quantum.
«С помощью наших тестов мы стремимся внести свой вклад в глобальные усилия по синхронизации квантовых сетей и помочь утвердить White Rabbit в качестве стандартной технологии для квантовой связи, даже в распределённых и сложных условиях», — говорит Аманда Диес Фернандес, координатор партнёрских отношений QTI.
quantum networks is growing rapidly worldwide. Future quantum networks could connect quantum computers and sensors, without losing any quantum information. They could also enable the secure exchange of information, opening up applications across many fields.»,»Unlike classical networks, where information is encoded in binary bits (0s and 1s), quantum networks rely on the unique properties of quantum bits, or \»qubits,\» such as superposition (where a qubit can exist in multiple states simultaneously) and entanglement (where the state of one qubit influences the state of another no matter how far apart they are).»,»These properties allow quantum networks to perform tasks that are impossible or inefficient for classical networks. Quantum networks can even be used to test fundamental physics concepts such as Bell inequalities and the structure of spacetime.»,»At the CERN Quantum Technology Initiative (QTI), scientists have recently set up a specialized laboratory to test how the CERN-born White Rabbit optical timing signal can best be transmitted together with entangled photons through an optical fiber. While similar experiments have been done previously by other research teams worldwide, this is the first time this technology, originally developed to synchronize accelerator devices, is being tested locally at CERN for this purpose.»,»«,»\»The White Rabbit timing technology is the natural candidate for application in quantum communication as it provides sub-nanosecond accuracy and picoseconds precision in synchronization, making it suitable for large distributed systems and quantum networks,\» says Annick Teepe, the scientist in charge of the CERN quantum network lab.»,»The same timing precision is required in quantum key distribution, a protocol that generates secure encryption keys for quantum cryptography. \»High timing precision is critical for demonstrating the distribution of entangled photon pairs, which forms the basis of entanglement-based quantum key distribution,\» explains Annick. \»Unlike other existing time synchronization technologies, White Rabbit is open source and based on standards.\»»,»In the current experiment, the White Rabbit classical timing signal is combined with a quantum signal from a source of entangled photon pairs that was supplied in-kind to CERN by Qunnect. The set-up also uses a superconducting nanowire single-photon detector that was provided in-kind by Single Quantum.»,»\»With our tests, we aim to contribute to the global effort around the synchronization of quantum networks and to help establish White Rabbit as a standard technology for quantum communication, even in distributed and complex settings,\» says Amanda Díez Fernández, coordinator of partnerships for QTI.»,»\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tCERN\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t»,»\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Optics\n\t\t\t\t\t\t «]’>Источник