Исследователи из Калифорнийского технического института, NASA и Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми (Фермилаб) впервые осуществили успешную «квантовую телепортацию» на дальнее расстояние. Им удалось мгновенно перенести кубиты – наименьшие единицы хранения информации в квантовом компьютере – на целых 44 километра.
Квантовый интернет – быстрая и безопасная коммуникационная система, в которой носителем информации выступает не подверженный опасности взлома код, но фотоны, передвигающиеся внутри оптоволоконной сети со скоростью, превосходящую скорость света. В качестве элементов хранения данных в подобной системе используют кубиты – квантовые эквиваленты обычных битов, которые «телепортируются» по сети благодаря явлению квантовой запутанности. Данный феномен проявляется во взаимозависимости двух и более кубитов: даже при незначительном изменении характеристик одного из них другие кубиты тоже меняются – даже если их разделяют огромные расстояния. В этом контексте квантовую телепортацию следует понимать как перенесение квантового состояния между неразрывно связанными кубитами.
К сожалению, квантовое состояние кубитов очень чувствительно ко внешнему вмешательству, которое может сорвать «телепортацию», понизив качество и точность переносимой информации. Это обстоятельство сильно затрудняет техническую реализацию квантового интернета, однако всё же не удерживает учёных от новых экспериментов. В частности, в новом исследовании «Teleportation Systems Toward a Quantum Internet», опубликованном в научном журнале PRX Quantum, американские физики описали уникальную систему, при помощи которой они произвели первую успешную квантовую телепортацию на 44 километра.
Бестелесную телепортацию кубитов учёные осуществили с применением уникальных детекторов единичных фотонов через 44-километровую сеть одномодового оптоволокна между квантовыми интернет системами лабораторий Калифорнийского технического института и Фермилаба – CQNET и FQNET. Их объединение произошло в рамках исследовательской программы IN-Q-NET (Intelligent Quantum Networks and Technologies), финансируемой Министерством энергетики США. Согласно расчётам исследователей, точность передачи, которая оценивает, насколько конечный сигнал кубита оказался близким к оригинальному заданному сообщению, составила более 90%. Учёные планируют улучшить этот результат во втором квартале 2021 года, когда подойдут к концу работу по модернизации системы. В частности, в дополнение к практически автономной системе обработки данных, совместимой с уже существующей системой телекоммуникаций, в распоряжении исследователей появятся устройства квантовой обработки и хранения данных. Эти обновления преобразят «телепортацию», повысив как её точность, так и охват многочастичной квантовой запутанности (квантовой системы из трёх и более подсистем или частиц).
Исследователям удалось осуществить квантовую телепортацию спустя лишь несколько месяцев после обнародования информации о создании национального квантового интернета Министерством энергетики США. Реализация такой системы начнётся с разработки локальной квантовой сети Illinois Express Quantum Network в Чикаго и сведения протоколов квантовой передачи данных. Исследователи, задействованные в программе IN-Q-NET, считают первую устойчивую квантовую телепортацию на 44 километра важным шагом в сторону новой коммуникационной эры, основой которой станет система квантового интернета.
