Квантовую запутанность передали по интернет-кабелю на расстояние 24,4 км
Американские физики передали запутанные фотоны по оптоволоконной линии длиной 24,4 километра, загруженной интенсивным интернет-трафиком.
Результаты эксперимента опубликованы в журнале Optica Quantum, и они превосходные — запутанность сохранялась с точностью более 94%.
«Квантовые сигналы очень слабы по сравнению с классическими — как муравей, пробирающийся по тропе, по которой идут слоны. Наши результаты показывают, что фотоны способны выдержать такое путешествие и сохранить запутанность», — говорит старший автор исследования Прем Кумар.
Запутанным частицам не нужно перемещаться для доставки информации — обмен данными происходит за счет телепортации. Это сверхбыстрый, надежно защищенный способ — но очень чувствительный к помехам.
«В оптической связи все сигналы преобразуются в свет. Но обычные сигналы состоят из миллионов частиц, а квантовая информация использует одиночные фотоны», — объясняет Кумар.
Ранее он и его коллеги нашли в спектре передающихся по кабелю сигналов менее загруженный участок для передачи запутанных фотонов и доказали экспериментально жизнеспособность своего подхода.
«В том эксперименте мы показали, что это в принципе возможно. Мы провели реальную квантовую телепортацию на 30 километров, но в лабораторных условиях. Теперь мы хотели добавить больше реализма и выйти за пределы лаборатории», — рассказывает профессор.
В новом эксперименте пары запутанных фотонов генерировали в лаборатории Кумара в кампусе Северо-Западного университета в Эванстоне. Один фотон из каждой пары оставался в Эванстоне, второй отправлялся по оптоволокну в международный узел обмена трафиком StarLight в кампусе университета в центре Чикаго. Фотоны делили одно волокно с двумя каналами передачи данных по 800 Гбит/с, а также с дополнительной оптической мощностью, характерной для полностью загруженной коммерческой линии.
Чтобы мощный трафик не заглушил запутанные фотоны, их перенесли в более спокойную область оптического спектра — так называемый O-диапазон. Обычная связь осталась в C-диапазоне, где работают большинство коммерческих систем.
Поскольку эксперимент проходил между двумя физически разделенными точками, исследователям также требовалось синхронизировать оба конца сети с пикосекундной точностью. Такая синхронизация позволила в реальном времени находить совпадающие пары запутанных фотонов даже на фоне интенсивного постороннего шума.
Следующим шагом ученых будет квантовая телепортация между удаленными узлами в реальной телекоммуникационной сети. В лаборатории они это уже осуществили.
«Мы преодолели важнейший рубеж, показав, что можем распределять запутанность. Но в телепортации два шага. Сначала нужно распределить запутанность. Затем — передать информацию. Каждый следующий шаг — сложнее и труднее предыдущего. Но мы показываем, что это реально», — подытожил Кумар.