В прорыве в области человеческого общения ученые достигли невозможного — квантовой телепортации. Но прежде чем вы закричите «Телепортируйте меня, скорее», хотим сообщить, что эта новая технология предназначена не для телепортации людей или вещей, а для передачи информации.
В частности, ученые разработали способ телепортации информации практически мгновенно и на любые расстояния — без необходимости использования какой-либо будущей технологии. Вместо этого они думают, что могут сделать квантовую телепортацию возможной через существующие сети.
«Это невероятно волнительно, потому что никто не думал, что это возможно», — сказал профессор Прем Кумар из Северо-Западного университета в США, который руководил исследованием. «Наша работа показывает путь к квантовым и классическим сетям следующего поколения, совместно использующим единую волоконно-оптическую инфраструктуру. По сути, это открывает дверь для вывода квантовых коммуникаций на новый уровень».
Оптическая связь, то есть любой метод связи, преобразующий сигналы в свет для передачи информации, занимает центральное место в большинстве телекоммуникационных систем (волоконная оптика является разновидностью оптической связи). Новое исследование, опубликованное в журнале Optica, предполагает, что этот прорыв может сделать эти коммуникации сверхбезопасными и практически мгновенными — ограниченными только скоростью света.
«Как велосипед на оживленной трассе»
Так как же это работает? Квантовая телепортация основана на явлении, известном как квантовая запутанность, когда две частицы связаны независимо от того, насколько далеко они находятся друг от друга, и им не нужно физически перемещаться для обмена информацией.
В то время как классические коммуникации состоят из миллионов частиц света, квантовые коммуникации используют только пары отдельных фотонов (частиц света). Ранее исследователи считали, что эти отдельные фотоны не смогут преодолеть оживленную магистраль классических частиц связи — как шаткий велосипед, пытающийся петлять между огромными грузовиками в подземном туннеле.
Но северо-западная команда, финансируемая Министерством энергетики США, нашла способ провести тонкие фотоны. Сначала они изучили, как свет рассеивается внутри оптоволоконных кабелей. Свет состоит из различных длин волн, и команда определила определенную длину волны, которая сталкивается с меньшими помехами от других сигналов, что облегчает прохождение фотонов. Они поместили фотон на эту длину волны, а также добавили специальные фильтры для снижения шума от обычного интернет-трафика.
Чтобы проверить это, они установили оптоволоконный кабель длиной 30 км с фотонами на обоих концах, а затем стали отправлять по нему как обычный интернет-трафик, так и квантовую информацию.
К их удивлению, тест прошел успешно: несмотря на оживленный интернет-трафик, проносившийся в то же время, качество квантовой информации на принимающей стороне было хорошим.
Огромный прорыв
«Учитывая, что 2025 год объявлен ООН Международным годом квантовых технологий, это исследование очень своевременно», — сказал в интервью BBC Science Focus профессор Джим Аль-Халили, не принимавший участия в исследовании. «Квантовая телепортация уже демонстрировалась, но только в очень тщательных лабораторных условиях. Проблема в том, что квантово-запутанные частицы, используемые для телепортации информации, быстро запутываются со всем остальным на своем пути. Вся телекоммуникационная технология (и, конечно, интернет) основана на передаче света (фотонов) по оптическим волокнам. Эта работа является первой демонстрацией квантовой телепортации запутанных фотонов через загруженные оптические волокна, по которым передается обычный телекоммуникационный трафик».
Но почему так важно, чтобы эта телепортация работала по обычным сетям? Конечно, весь смысл телепортации в том, что вам не нужны кабели. Это так – но этот прорыв устраняет необходимость в новой инфраструктуре, значительно приближая ее использование в нашей повседневной жизни.
«Многие люди долгое время предполагали, что никто не будет строить специализированную инфраструктуру для отправки частиц света», — сказал Кумар. «Если мы правильно выберем длины волн, нам не придется строить новую инфраструктуру. Классические коммуникации и квантовые коммуникации могут сосуществовать».
Аль-Халили добавил: «Возможность использовать квантовую телепортацию в нашей существующей инфраструктуре оптоволоконных сетей станет огромным прорывом в достижении квантовых сетей. У нее будет множество приложений, от квантовой криптографии и квантового зондирования до квантовых вычислений и, возможно, даже нового квантового Интернета».
Далее Кумар планирует протестировать квантовую телепортацию на более дальние расстояния, а также попробовать две пары запутанных фотонов вместо одной. Это позволит достичь еще одной вехи в квантовой телепортации: обмен запутанностью — когда две частицы, которые никогда ранее не взаимодействовали, становятся запутанными — что важно для улучшения качества и безопасности передачи.
После этого команда проведет все испытания в реальных подземных кабелях — последний шаг перед полной интеграцией в наши сети связи.
Источник: Sience Focus
Перевод с английского
Photo by Colin Watts
Возможно, вас также заинтересует:
Илон Маск: Марс к 2026 году, ИИ превзойдет человечество по производительности к 2028 году
Нанотехнологические прорывы меняют отрасли
Революция умных городов: рост IoT и Big Data
Coffee Time journal
Твой журнал на каждый день!
