У 2024 році квантовий стан світла успішно телепортували через понад 30 кілометрів (близько 18 миль) волоконно-оптичного кабелю посеред потоку інтернет-трафіку — досягнення, яке раніше вважалося неможливим.
Цей вражаючий експеримент, проведений дослідниками зі США, навряд чи допоможе вам телепортуватися на роботу, щоб уникнути ранкових заторів, або швидше завантажувати улюблені відео з котиками.
Однак можливість телепортувати квантові стани через вже існуючу інфраструктуру є величезним кроком уперед на шляху до створення квантово-з’єднаної обчислювальної мережі, посиленої системи шифрування чи потужних нових методів вимірювання.
«Це неймовірно захопливо, адже ніхто не вважав, що це можливо», — каже інженер з обчислювальної техніки з Північно-Західного університету Прем Кумар, який очолив дослідження.
«Наша робота демонструє шлях до об’єднання квантових і класичних мереж у спільній волоконно-оптичній інфраструктурі. Фактично, це відкриває двері до переходу квантових комунікацій на новий рівень».
Телепортація, яка трохи нагадує системи транспортування зі Star Trek, що миттєво переносять пасажирів крізь простір і час, передає квантовий стан об’єкта з одного місця в інше, «знищуючи» його оригінал і відтворюючи той самий стан у новому місці.
Хоча вимірювання двох об’єктів відбувається одночасно, процес заплутування їхніх квантових станів усе одно потребує передачі однієї хвилі інформації між точками у просторі.
Квантовий стан будь-якого об’єкта — це тендітна хмарка ймовірностей, яка легко «розчиняється» в реальності через взаємодію з навколишнім середовищем. Електромагнітне випромінювання та теплова активність частинок швидко знищують цей стан, перетворюючи його на звичайну фізичну реальність — процес, відомий як декогеренція.
Захистити квантові стани всередині комп’ютера — одне завдання, а от передати один фотон через оптоволокно, яким одночасно рухаються банківські транзакції, відео та повідомлення, — зовсім інше. Це все одно, що кинути цукрову вату у Міссісіпі й сподіватися, що на іншому березі вона залишиться солодкою.
Щоб зберегти стан свого фотона серед інтернет-потоку зі швидкістю 400 гігабіт на секунду, дослідники застосували кілька методів, які обмежили канал фотона й мінімізували ризик розсіювання або змішування з іншими хвилями.
«Ми ретельно дослідили, як розсіюється світло, і розмістили наші фотони у точці, де цей ефект мінімальний», — пояснює Кумар.
«Ми з’ясували, що можемо здійснювати квантову комунікацію без перешкод від класичних каналів, які одночасно працюють у мережі».
Інші наукові групи вже моделювали передавання квантової інформації поруч із класичними даними, але команда Кумара першою здійснила квантову телепортацію в реальному інтернет-середовищі.
Кожен експеримент наближає людство до квантового інтернету, який надасть інженерам зовсім нові інструменти для вимірювання, шифрування й обробки інформації — без потреби створювати нову мережу з нуля.
«Квантова телепортація може забезпечити безпечне з’єднання між географічно віддаленими вузлами», — каже Кумар.
«Багато хто вважав, що ніхто не створюватиме спеціальну інфраструктуру для передачі фотонів. Але якщо правильно підібрати довжину хвилі, у цьому немає потреби. Класичні й квантові комунікації можуть співіснувати».
Це дослідження було опубліковано в журналі Optica.