Квантовый интернет покидает лабораторию: первые передачи по городским сетям

Команды из США, Китая и Нидерландов почти синхронно показали рабочие прототипы, где квантовая информация путешествовала по реальному оптоволокну, проложенному под городами. Расстояния пока скромные — десятки километров. Но смысл не в километрах, а в принципе: барьер между чистым экспериментом и грязной реальностью преодолён.

Зачем нам это? Первое, о чём все думают, — абсолютная безопасность. Связь, которую нельзя взломать, потому что сам факт подслушивания её разрушит. Но это лишь начало. Такой интернет позволит объединять разрозненные квантовые компьютеры в один супермозг, создавать телескопы с виртуальным зеркалом размером с континент и много чего ещё.

Два исследования уже попали в журнал Nature (от Гарварда и от Китайского университета науки и техники), а третья работа из Делфта опубликована на arXiv. Гонка началась по-настоящему.

Как построить квантовый интернет

За последнее десятилетие в лабораториях научились почти всему: создавать «запутанные» фотоны, связывать их на расстоянии, даже передавать сигнал со спутника. Но лаборатория — это стерильная среда. А что, если бросить эту хрупкую технологию в городскую среду, с её перепадами температур, вибрациями и шумом?

«Выход в поле всё меняет», — признаётся Рональд Хэнсон, руководивший голландским экспериментом. Все сходятся в одном: будущий квантовый интернет должен использовать уже существующие оптоволоконные сети. И здесь кроется главная проблема. Квантовая информация невероятно хрупка. Её нельзя скопировать или усилить, как обычный сигнал. Её переносят одиночные фотоны, которые со временем просто рассеиваются в кабеле. Даже ветер, раскачивающий кабель, может всё испортить.

Из-за этого предел для запутанных частиц — те самые несколько десятков километров. Дальше связь рвётся. «Создать такую запутанность в реальном городе — это чертовски сложная задача», — говорит физик Трейси Нортап. Согласитесь, звучит как вызов.

Квантовый усилитель

Во всех трёх экспериментах использовались разные виды «квантовой памяти» — устройства, способные удержать кубит (квантовый бит) в состоянии суперпозиции. Хранить научились. Проблема в передаче на расстояние без потерь.

Здесь на сцену выходит концепция «квантового повторителя» или «замены запутанности». Физик Пань Цзянь-Вей из Китая подсчитал, что к концу десятилетия, используя около десяти таких промежуточных узлов-усилителей, можно будет создать запутанность более чем на 1000 километров. Поначалу связь будет черепашьей — один запутанный бит в секунду. Но сейчас важна не скорость, а сам принцип. Нужно доказать, что усиление квантового сигнала в реальной сети возможно.

«Мы действительно сделали шаг из лаборатории в поле, — подводит итог Хэнсон. — Это ещё не коммерчески полезная сеть, но это огромный шаг в правильном направлении». А вы готовы к интернету, где ваше сообщение исчезнет, если на него просто посмотреть?