З’явилася перша квантова локальна мережа

Група дослідників з Національної лабораторії Ок-Рідж, Стенфордського університету та університету Пурду, розробила структуру і продемонструвала функціонування нової повністю квантової локальної мережі (Quantum Local Area Network, QLAN). Ця мережа дозволяє коригувати помилки в режимі реального часу та обмінюватися інформацією між вузлами, що знаходяться в різних місцях, за допомогою пар заплутаних фотонів, що циркулюють по оптоволокну. Нова квантова мережа є демонстрацією технологій, за допомогою яких в майбутньому будуть з’єднуватися квантові комп’ютери та різні квантові датчики.

Ці ж самі технології, тільки наступних поколінь, можуть лягти в основу квантового варіанту Інтернету. Відзначимо, що деякі квантові технології вже використовуються в сучасних телекомунікації, тут можна особливо виділити, як найпоширенішу, технологію квантового розподілу ключів шифрування. Але такі технології тільки підвищують безпеку традиційних технологій передачі даних і вони не дозволяють переміщати та встановлювати квантову заплутаність між вузлами мережі.

Нагадаємо нашим читачам, що коли два фотони, частинки світла, заплутуються на квантовому рівні, вони демонструють так звану квантову кореляцію. Іншими словами, зміна стану однієї з частинок призводить до моментального зміни стану другий заплутаною часткою, всупереч тому що розмежовує їх відстань, яке може бути як завгодно великим. Це явище використовується у квантовому протоколі, розробленому ще у 2005 році. Тонкі вимірювання стану одного із заплутаних фотонів моментально призводять до зміни стану першого і другого фотона, а комбінація умов проведення вимірювань дозволяє практично з 100-відсотковою ймовірністю встановити необхідну квантове стояння пари заплутаних фотонів.

Описаний вище протокол став базою квантової локальної мережі, яка поєднала поки три вузли, розташовані в різних місцях кампусу лабораторії Ок-Рідж, а для передачі заплутаних фотонів світла використовувалися елементи теперішній волоконно-оптичної інфраструктури. На жаль, що існує оптичні підсилювачі, маршрутизатори та інші комунікаційні пристрої несумісні з технологіями передачі квантової інформації, через те, що їх втручання тут же руйнує крихке явище квантової заплутаності. Тому дослідникам довелося створити квантові аналоги таких пристроїв і пристроїв, які забезпечують поєднання квантової мережі та традиційної локальної мережі. Крім цього, квантова мережа потребує вкрай точної синхронізації всіх вузлів, бо кожному з цих вузлів виділяється для роботи строго певний проміжок часу.

Для синхронізації дослідники використовували сигнали системи GPS, в яких містяться мітки часу, які генеруються атомним годинником, що дозволило забезпечити синхронізацію з точністю до декількох наносекунд і гарантувати те, що такий рівень синхронізації буде зберігатися протягом всієї тривалості роботи квантової локальної мережі. Проведені випробування показали, що квантова локальна мережа цілком здатна забезпечити високу пропускну здатність при вкрай низькому рівні помилок. При цьому, в разі відключення GPS-синхронізації якість роботи мережі знижувалася до неприйнятних величин.

А в найближчому майбутньому дослідники планують використовувати більш досконалі методи синхронізації, що дозволить їм скоротити кількість що з’являється в мережі випадкових значень (шуму) і підвищити якість її роботи. Так само в що існує мережу будуть додані нові вузли та спеціально розроблені пристрої-маршрутизатори, які перетворять всю мережу в безліч взаємопов’язаних квантових мереж меншого масштабу, що вже само по собі є першим прототипом майбутнього квантового Інтернету. Джерело