Китайские ученые связали квантовые воспоминания на расстоянии в 50 километров
Ученым удалось связать две квантовые ячейки памяти на расстоянии более 50 километров, что почти в 40 раз превышает предыдущий рекорд.
Это достижение делает идею сверхбыстрого, сверхбезопасного квантового интернета гораздо более правдоподобной.
Квантовая связь опирается на квантовую запутанность, или то, что Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии»: когда две частицы неразрывно связаны и зависят друг от друга, даже если они не находятся в одном и том же месте.
Квантовая память — это квантовый эквивалент классической вычислительной памяти — способность хранить квантовую информацию и сохранять ее в течение длительного времени — и если мы собираемся добраться до стадии, на которой квантовые компьютеры действительно практичны и полезны, заставить работать эту память необходимо.
«Основное значение этого исследования заключается в расширении запутывающего расстояния в [оптическом] волокне между квантовой памятью до масштаба города», — сказал руководитель группы Цзянь-Вэй Пан из Университета науки и технологий Китая.
Что касается запутывания фотонных (легких) частиц, то в прошлом мы справились с этим в пустом пространстве и на оптических волокнах на больших расстояниях, но добавление квантовой памяти значительно усложняет процесс. Исследователи предполагают, что для этого может быть лучше использовать другой тип подхода: запутывание атома и фотона в последовательных узлах, где атомы являются узлами, а фотоны передают сообщения.
С правильной сетью узлов можно обеспечить лучшую основу для квантового интернета, чем чистая квантовая запутанность, использующая только фотоны.
В этом эксперименте двумя блоками квантовой памяти были атомы рубидия, охлажденные до состояния низких энергий. Когда они связаны с запутанными фотонами, каждый из них становится частью системы.
К сожалению, чем большему расстоянию нужно пройти фотону, тем выше риск того, что эта система будет нарушена, поэтому этот новый рекорд настолько впечатляет.
Ключом стала техника, называемая усилением резонатора, которая работает для уменьшения потерь на фотонную связь во время запутывания.
Проще говоря, помещая атомы квантовой памяти в специальные кольца, снижается случайные помехи, которые могут помешать и разрушить память.
Связанные атомы и фотоны, полученные в результате усиления резонатора, образуют узел. Затем фотоны преобразовываются в частоту, подходящую для передачи по телекоммуникационным сетям — в этом случае телекоммуникационная сеть размером с город.
В этом эксперименте узлы атомов находились в одной лаборатории, но фотонам все равно приходилось перемещаться по кабелям протяженностью более 50 км. Существуют проблемы в том, чтобы фактически разделить атомы дальше, но доказательство концепции есть.
«Несмотря на огромный прогресс, в настоящее время максимальное физическое расстояние, достигаемое между двумя узлами, составляет 1,3 км, и проблемы с более дальними расстояниями остаются», — объясняют исследователи в своей опубликованной статье.
«Наш эксперимент может быть расширен до узлов, физически разделенных одинаковыми расстояниями, которые сформируют функциональный сегмент атомной квантовой сети, проложив путь к установлению атомной запутанности на многих узлах и на гораздо более длинных расстояниях».
Вот тогда все станет действительно интересно. В то время как квантовая память может быть эквивалентом компьютерной памяти в классической физике, квантовая версия должна быть способна делать гораздо больше — быстрее обрабатывать информацию и решать задачи, выходящие за рамки наших нынешних компьютеров.
Что касается передачи этих данных, то квантовая технология обещает повысить скорость передачи и обеспечить безопасность передачи данных, используя сами законы физики — при условии, что мы сможем надежно работать на больших расстояниях.
«Квантовый интернет, соединяющий удаленные квантовые процессоры, должен обеспечить возможность использования ряда революционных приложений, таких как распределенные квантовые вычисления», — пишут исследователи. «Его реализация будет опираться на связь удаленных квантовых воспоминаний на большие расстояния».
Исследование было опубликовано в журнале Nature.
Источники: Фото: Gerd Altmann/Pixabay
