Квантовая коммуникация является крайне привлекательной технологией, которая позволит передавать данные с невероятной скоростью. Однако, есть проблема, которая заключается в невозможности использования квантовой телепортации внутри обычных коммуникационных сетей. В такой рабочей среде фотоны, участвующие в телепортации, буквально теряются среди миллионов световых частиц, необходимых для классической связи, как зерна пшеницы в мешке риса. Ученым из Северо-Западного университета (Эванстон, США) удалось разработать метод, позволяющий избежать потери вышеупомянутых фотонов, позволяя использовать квантовые и классические сети как единое целое. Что стало фундаментом данного метода, и как именно он работает? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.
Основа исследования
Оптоволоконная инфраструктура и телекоммуникационные технологии, лежащие в основе интернета, широко используются исследователями, стремящимися разработать квантовые сети, способные к таким приложениям, как квантово-усиленная криптография, зондирование и сетевые квантовые вычисления. Однако, поскольку большая часть существующей волоконной инфраструктуры заполнена обычным телекоммуникационным трафиком и из-за экономической стоимости аренды или установки нового волокна, возможность реализации квантовой сети в больших масштабах будет зависеть от способности распространять квантовые сигналы в том же волокне, что и мощные классические сигналы.
Квантовые и классические сигналы могут легко совместно использовать одно волокно с помощью мультиплексирования с разделением по длине волны. Однако в исследовании «Simultaneous quantum cryptographic key distribution and conventional data transmission over installed fibre using wavelength-division multiplexing» было показано, что шумовые фотоны от неупругого рассеяния мощного классического света могут скрывать обнаружение часто субфотонных квантовых сигналов. Из потенциальных источников шума наиболее доминирующим является спонтанное комбинационное рассеяние (SpRS от spontaneous Raman scattering) из-за его широкополосного спектра. Это означает, что шум никогда не может быть полностью предотвращен. Без тщательного проектирования возникает компромисс между возможностями обычных и квантовых сетей.
Изучение потенциальной совместной работы квантовых и классических сетей имеет долгую историю со многими экспериментами, проведенными для приложений с использованием источников слабого когерентного состояния (WCS от weak coherent state), запутанных пар фотонов, измерений состояния Белла (BSM от Bell state measurement) на WCS, непрерывных переменных (CV от continuous variable) и сжатого света. Хотя в этих исследованиях были достигнуты значительные результаты и открытия, все эксперименты до настоящего времени были сосредоточены на системах, которые напрямую передают квантовую информацию между сетевыми узлами. Однако многие квантовые приложения следующего поколения требуют бестелесной передачи квантовых состояний между пользователями. Благодаря нелокальным свойствам квантовой запутанности квантовая телепортация позволяет передавать квантовое состояние между двумя удаленными физическими системами без необходимости прямой передачи. Она играет основополагающую роль в передовых приложениях, таких как квантовые реле, квантовые повторители, сетевые квантовые компьютеры и т. д.
В последние годы наблюдается впечатляющий прогресс в реализации сетей на основе телепортации в исключительно квантовом волокне, но телепортация по волокнам, передающим обычные коммуникации, еще не была продемонстрирована. В результате многие открытые вопросы осуществимости, ограничений и потенциальных преимуществ телепортации в квантово-классических сетях остаются неисследованными.
В рассматриваемом нами сегодня труде ученые продемонстрировали трехузловую систему телепортации квантового состояния, работающую на 30.2 км оптическом волокне, которое одновременно передает мощные классические коммуникации C-диапазона со скоростью 400 Гбит/с. Телепортация выполняется с помощью совместного BSM на одном фотоне и одном члене запутанной пары фотонов состояния Белла. Используя мультиплексирование длин волн квантовых и классических сигналов, объявленный одиночный фотон, несущий поляризационно-кодированный кубит, и один фотон запутанной пары фотонов состояния Белла распределяются примерно по 15 км намотанных волокон, каждый из которых проходит BSM вблизи средней точки волокна, в то время как классический свет проходит по всему 30.2-километровому соединению плюс дополнительные 48 км развернутого волокна.
Ученые реализовали несколько методов для смягчения деградации из-за шумовых фотонов. В узлах квантового источника был использован низкий шум SpRS в O-диапазоне от сильного света C-диапазона, который успешно защищает квантовые состояния от мощных коммуникаций C-диапазона. Более конкретно, ученые распределили сосуществующие фотоны по квантовым каналам 1290 нм, чтобы иметь почти самую низкую вероятность генерации SpRS, достижимую с использованием проектирования длин волн телекоммуникационного диапазона. В квантовых приемниках была использована узкополосная спектрально-временная фильтрация для отклонения обнаружения некоррелированных фотонов SpRS. Кроме того, каждый источник использует спонтанное параметрическое понижение частоты для генерации пар фотонов с сильными временными корреляциями для дальнейшего отклонения шума посредством обнаружения совпадений четырех фотонов.
Сначала было продемонстрировано, что данный подход позволяет мощным коммуникациям C-диапазона не оказывать существенного влияния на распределение запутанности в узле BSM или на интерференцию Хонг-Оу-Манделя (HOM от Hong-Ou-Mandel) между независимыми объявленными фотонами, которые являются базовыми операциями протокола квантовой телепортации. Затем ученые выполнили телепортацию квантового состояния и показали, что точность сохраняется при повышенных мощностях запуска C-диапазона до 74 мВт (18.7 дБм), что находится на уровне самого высокого значения, достигнутого при использовании прямой передачи квантовых состояний. Используя теоретическую модель, ученые затем описали плюсы и минусы использования более шумных квантовых каналов длины волны (например, C-диапазона), эффекты хранения в несовершенных квантовых запоминающих устройствах, а также провели сравнение с методами, использующими прямую передачу кубитов.
Подготовка к опытам
Изображение №1
Концептуальная схема эксперимента показана на 1a. Алиса генерирует один фотон для кодирования квантового состояния |ψ⟩A = α|0⟩ + β|1⟩, которое она хочет телепортировать Бобу. Фотон Алисы мультиплексируется в оптическое волокно длиной LAC для совместного распространения с классическим сигналом связи к узлу BSM в Чарли. Классический сигнал демультиплексируется непосредственно перед BSM, а затем повторно мультиплексируется для обхода узла Чарли. Классический сигнал затем перемещается по другому волокну длины LBC, распространяясь в противоположном направлении относительно одного фотона из запутанной пары фотонов состояния Белла, сгенерированной в узле Боба. Во время BSM в Чарли оба фотона необратимо уничтожаются обнаружением, в то время как другой фотон Боба из запутанной пары проецируется на состояние |ψ⟩B = σ|ψ⟩A, где σ — унитарная операция, которая уникальна для результата BSM и может быть классически передана Бобу для восстановления состояния Алисы либо путем физического применения унитарной операции, либо путем учета ее при постобработке данных. На 1b показана физическая реализация эксперимента. В данном случае состояние Алисы кодируется в поляризации объявленного одиночного фотона; LAC составляет 15.2 км, а LBC составляет 15.0 км. Таким образом, расстояние передачи квантового состояния и расстояние, на котором сосуществуют квантовые и классические сигналы, составляет 30.2 км.
Классический источник состоит из 400-гигабитного приемопередатчика C-диапазона, работающего на длине волны 1547.32 нм. Чтобы уменьшить количество фотонов шума SpRS, которые генерируются в квантовых каналах, генерировались фотоны на длинах волн O-диапазона так, чтобы они имели антистоксову частотную отстройку от света C-диапазона, а также подавленное усиление Рамана при дальней отстройке смещения между C- и O-диапазонами. Вместо наиболее часто используемого канала O-диапазона 1310 нм ученые подавляли SpRS примерно на другой порядок величины, используя канал 1290 нм из-за многомодового спектра шума SpRS от света C-диапазона.
И Алиса, и Боб генерируют свои соответствующие квантовые сигналы посредством каскадной генерации второй гармоники типа 0 спонтанного параметрического преобразования с понижением частоты (c-SHG-SPDC от cascaded second-harmonic generation spontaneous parametric down-conversion). У Алисы и Боба есть независимые волноводы из периодически поляризованного ниобата лития (PPLN от periodically poled lithium niobate), которые согласованы по фазе для SHG на длине волны 650 нм. Каскадный нелинейный процесс второго порядка аналогичен четырехволновому смешению, которое ученые накачивали с помощью непрерывного лазера с распределенной обратной связью длиной волны 1300 нм, интенсивность которого модулируется с помощью модулятора Маха-Цендера на ниобате лития для генерации импульсов с приблизительно 65-пс временной полушириной (FWHM от full width at half maximum) и частотой повторения импульсов 500 МГц. Затем эта накачка разделяется и направляется в узлы Алисы и Боба Импульсы длиной 650 нм, генерируемые внутри каждого волновода, одновременно управляют SPDC, чтобы создать суперпозицию пар фотонов с невырожденным спектром, сосредоточенным вокруг 1300 нм. Это формирует основу для источника объявленных одиночных фотонов (HSPS от heralded single photon source) Алисы и источника запутанных пар фотонов Боба, но требует низкой скорости генерации пар одиночных фотонов, чтобы минимизировать вероятность многофотонной эмиссии.
Кубит Алисы изначально закодирован в объявленный одиночный фотон. Ее волновод PPLN накачивается напрямую для генерации пар фотонов. После волновода использовался 100-ГГц 1300-нм плотный мультиплексор с разделением по длине волны (DWDM от dense wavelength division multiplexer) в качестве режекторного фильтра для накачки, за которым следует 1310-нм DWDM для разделения каждого фотона на разные волокна через порты пропускания и отражения DWDM. Фотон 1310 нм фильтруется волоконной решеткой Брэгга (FBG от fiber Bragg grating) с шириной полосы пропускания FWHM 60 пм, а затем обнаруживается сверхпроводящим нанопроволочным однофотонным детектором (SNSPD от superconducting nanowire single-photon detector). Из-за сохранения энергии это обнаружение объявляет о наличии фотона с центральной длиной волны 1290 нм в другом режиме. Затем кубит Алисы кодируется в горизонтальные (H) и вертикальные (V) компоненты поляризации объявленного фотона |ψ⟩A = α|H⟩ + β|V⟩ с помощью поляризационных волновых пластин. Затем этот фотон мультиплексируется с помощью O-диапазона/C-диапазона WDM для совместного распространения с 400-гигабитным классическим сигналом C-диапазона по 15.2 км намотанного оптоволокна к Чарли.
Источник Боба сконструирован аналогично, за исключением того, что его волновод PPLN помещен внутри поляризационной петли Саньяка для генерации поляризованных запутанных пар фотонов с использованием c-SHG-SPDC. 1290-нм фотон Боба передается для встречного распространения с сигналом 400 Гбит/с по 15.0 км намотанного волокна к Чарли. Однако 1310-нм фотон Боба сохраняется локально, чтобы действовать как целевой фотон для телепортации состояния Алисы в узел Боба. Этот фотон отправляется в модуль поляризации свободного пространства, который компенсирует вращения поляризации в волокнах и подготавливает фотоны Боба в состоянии Белла |ψ−⟩B, используя сигналы выравнивания и обнаружение совпадений, а затем использует комбинацию четвертьволновой пластины, полуволновой пластины и поляризационного светоделителя (PBS от polarizing beam splitter) для характеризации поляризации целевого фотона Боба. Затем этот фотон фильтруется фильтром FBG с полосой пропускания 56 пм и обнаруживается SNSPD.
В узле Чарли BSM выполняется на кубитах поляризации падающего света Алисы и Боба с использованием условной интерференции HOM на светоделителе 50:50. Поскольку интерференция HOM происходит только между идентичными фотонами, точность BSM регулируется их пространственной и спектрально-временной неразличимостью. Чтобы достичь этого, используется одномодовый волоконный соединитель 50:50 для пространственной неразличимости, а переменная оптическая задержка на пути накачки Алисы используется для обеспечения одновременного прибытия обоих фотонов на соединитель. Кроме того, фотоны с длиной волны 1290 нм фильтруются FBG с шириной полосы пропускания 60 пм. Вместе с FBG с длиной волны 1310 нм это увеличивает время когерентности фотонов относительно времени накачки, чтобы увеличить вероятность того, что каждый фотон находится в одной идентичной спектральной моде. Эти узкополосные фильтры также имеют решающее значение для улучшения толерантности к классической мощности из-за спектральной независимости между шумовыми фотонами SpRS и квантовыми сигналами. Чтобы предотвратить обнаружение фотонов C-диапазона из-за недостаточной изоляции фильтра, ученые каскадировали два каскадных WDM O-диапазона/C-диапазона перед FBG и 1290-нм DWDM, чтобы достичь >190 дБ подавления света C-диапазона.
Для выполнения BSM ученые помещали PBS на каждом выходе соединителя 50:50 перед детекторами D1 и D2, которые настроены на проекцию на ортогональные поляризации |H⟩D1 и |V⟩D2. Затем обнаружение двухкратного совпадения указывает на то, что фотоны Алисы и Боба находились в состоянии Белла |ψ−⟩AB из-за эффектов интерференции HOM на других состояниях Белла. Из-за нелокальных корреляций запутанных фотонов Боба в состоянии |ψ−⟩B деструктивное измерение |ψ−⟩AB приводит к тому, что оставшийся фотон в узле Боба проецируется на начальное подготовленное состояние Алисы |ψ⟩A. Хотя телепортация может быть выполнена без проецирования на базис H/V, анализаторы состояния Белла, которые измеряют в собственном базисе кубита, могут удвоить вероятность успеха BSM, также измеряя состояние Белла |ψ+⟩, если детекторы были добавлены к другим портам PBS. Таким образом, включение PBS позволяет исследовать узлы BSM, которые, скорее всего, будут реализованы в будущих сетях. Ученые отмечают, что фотоны SpRS в длинных волокнах часто неполяризованы из-за дисперсии поляризационной моды. Это означает, что поляризующие элементы примерно вдвое снижают уровень шума. Это было подтверждено в исследуемой системе с помощью поляризационного анализа шумовых фотонов в узле BSM.
Телепортация оценивается путем измерения поляризации целевого фотона Боба на детекторе D3, обусловленном трехкратным обнаружением совпадений между предвестником (D0) и детекторами BSM (D1, D2). Все фотоны обнаруживаются SNSPD с эффективностью >90% и скоростью темнового счета (т. е. средняя скорость зарегистрированных счетов без какого-либо падающего света) приблизительно 100 отсчетов/с. Время прибытия фотонов определяется с помощью преобразователя времени в цифру, и четырехкратные совпадения регистрируются, когда программно задержанные временные метки в каждом канале попадают в 500-пс временное окно. Логику совпадений также можно рассматривать как классический канал в протоколе телепортации, который информирует Боба о результате BSM.
Поскольку классическая модуляция данных не коррелирует с импульсными квантовыми источниками во временной области, окно обнаружения совпадений действует как временной фильтр шума SpRS. Временные и фотонные корреляции источников фотонных пар дополнительно повышают устойчивость системы к шуму, принимая события обнаружения на приемнике только в те временные интервалы, когда обнаружение в предвещающем плече указывало на то, что фотон был передан по шумному каналу. Это может значительно улучшить отношение сигнал/шум по сравнению с не предвещаемыми источниками, которые имеют высокую вероятность передачи вакуумного состояния, такого как WCS. В системе четырехфотонной телепортации оба источника пар Алисы и Боба получают выгоду от этих корреляций.
Исследование сосуществования проводится по намотанному волокну в лаборатории, расположенной в кампусе Северо-Западного университета в Эванстоне. Потери при передаче по волокну длиной 30.2 км составляют 4.9 дБ на длине волны классического сигнала 1547.32 нм, а квантовые сигналы 1290 нм имеют общие потери 10.1 дБ (5.1 дБ и 5.0 дБ для фотонов Алисы и Боба соответственно). В Чарли обход BSM классическим сигналом с использованием WDM добавляет дополнительные вносимые потери в размере 1.2 дБ. Однако классический приемопередатчик находится в кампусе Северо-Западного университета в Чикаго, который соединен с Эванстоном 24-километровой развернутой витой паре и, таким образом, работает на общем расстоянии связи 30.2 + 48 км = 78.2 км.
Из-за высоких потерь по всей линии связи (22.8 дБ) и начальной выходной мощности -9 дБм, усиление необходимо для удовлетворения минимальных требований к принимаемой мощности классической системы -18 дБм. Это достигалось с помощью усилителей на основе легированного эрбием волокна (EDFA от erbium doped fiber amplifier), размещенных непосредственно перед мультиплексированием для совместного распространения с фотоном Алисы. Минимальная мощность, подаваемая в 30.2-километровое волокно для работы канала 400 Гбит/с, составляет Pmin -3 дБм (0.5 мВт) для приемника, расположенного на расстоянии 30.2 км + 24 км от EDFA, и -10,7 дБм (85 Вт), если классическая система работала исключительно по линии связи 30.2 км. Однако ученые исследовали повышенные мощности с помощью EDFA, чтобы оценить, может ли телепортация сосуществовать с более враждебными классическими системами, такими как сверхмощные обычные связи DWDM на большие расстояния.
Результаты опытов
Изображение №2
Первым делом была произведена оценка производительности квантовой системы. Во-первых, было охарактеризовано, сколько шума вводится в детекторы D1 и D2 как функцию классической мощности Pcl, которая мультиплексируется в волокно длиной 30.2 км. На 2a показаны скорости счета одиночных фотонов по мере увеличения Pcl, где были вычтены скорости темнового счета SNSPD. Скорости шума линейно масштабируются как 79.0 счетов/с/мВт и 97.9 счетов/с/мВт в D1 и D2 соответственно; разница обусловлена слегка неравной эффективностью после соединителя 50:50. Поскольку один канал 400 Гбит/с может работать с Pcl = 0.5 мВт, система может работать практически без заметного увеличения шума выше скорости темнового счета SNSPD. На 2a также показано отношение M = Pcl/Pmin, которое часто используется для приблизительной оценки максимального количества каналов M, которые Pcl может поддерживать по нескольким каналам WDM, предполагая, что каждый из них работает на Pmin и имеет схожие SpRS свойства.
Поскольку телепортация требует квантовой запутанности в качестве ресурса и возможности иметь неразличимые фотоны для BSM, ученые независимо характеризовали качество распределения запутанности Боба для Чарли и HOM-интерференции по мере изменения Pcl. Были установлены средние пары фотонов Алисы и Боба на импульс и поляризационный кубит, генерируемые внутри каждого волновода PPLN, приблизительно равными A = 0.018 и B = 0.013 соответственно, которые выбираются для балансировки скоростей с пониженной производительностью из-за многопарной эмиссии во время SPDC.
На 2b показано, как нелокальная видимость двухфотонной интерференционной полосы источника запутывания Боба в вертикальной и антидиагональной базах изменяется после распространения одного фотона на 15.0 км до Чарли по мере того, как увеличивалась мощность сигнала C-диапазона, запущенного в полную 30.2-километровую линию. Видимость определяется как Vent = (Rmax — Rmin) / (Rmax + Rmin), где Rmax(min) — максимальные (минимальные) двукратные совпадения счетчиков интерференционной полосы. На 2b не видно заметного ухудшения Vent до Pcl = 74 мВт, в котором были измерены Vent, V = 97.5 ± 0.1% и Vent, A = 95.3 ± 0.2%. Все значения определяются по необработанным данным без вычитания случайных счетчиков, а планки погрешностей рассчитываются с помощью метода Монте-Карло, предполагающего статистику счета фотонов Пуассона. Эти результаты показывают, что распределение запутанности хорошо сохраняется и что видимость в основном ограничена многопарной эмиссией во время SPDC. Эти значения также значительно превышают границу 1/√2 для демонстрации нелокальной природы квантовой запутанности и более чем достаточны для использования в квантовой телепортации.
Далее ученые охарактеризовали интерференцию HOM между объявленными фотонами от источников Алисы и Боба по мере увеличения Pcl. Чтобы обеспечить неразличимость поляризации, ученые выравняли PBS в установке BSM, чтобы вместо этого проецировать на |H⟩D1|H⟩D2 и подготовить объявленные фотоны Алисы и Боба в состоянии |H⟩. Затем ученые записывали четырехкратные совпадения, поскольку изменяли относительное время прибытия каждого фотона, используя переменную оптическую задержку Алисы. Качество интерференции определяется видимостью полосы VHOM = (Rmax — Rmin)/Rmax, где Rmax(min) — максимальные (минимальные) четырехкратные частоты совпадений интерференционной полосы HOM. Результаты показаны на 2c. Ученые измерили видимость VHOM = 82.9 ± 4.5% без классического источника, что сопоставимо с видимостью VHOM = 83.1 ± 1.4%, которую было получено без распределения по волокну длиной 30.2 км. VHOM составило 80.3 ± 3.8% при Pcl, установленном на 74 мВт. Это показывает, что интерференция хорошо сохраняется в присутствии мощного света C-диапазона, но все еще ограничена несовершенной спектральной и однофотонной чистотой используемых источников. Каждая видимость значительно превышает классический предел в 50%, что указывает на способность демонстрировать неклассическую интерференцию во всем диапазоне тестируемых сосуществующих мощностей C-диапазона.
Изображение №3
Рассматривая производительность распределения запутанности и интерференции HOM, ученые обнаружили, что ключевые операции, лежащие в основе квантовой телепортации, хорошо поддерживаются на высоких уровнях мощности C-диапазона. Чтобы продемонстрировать, что это приводит к возможности выполнять телепортацию, ученые оценили телепортацию различных кубитов при одновременной передаче 74 мВт классической мощности C-диапазона.
На графике выше показаны четырехкратные совпадения, когда сканировалась настройка анализатора поляризации Боба вокруг сферы Блоха для Алисы, передающей |D⟩ = 1/√2(|H⟩ + |V⟩) и |A⟩ = 1/√2(|H⟩ — |V⟩). В каждом случае наблюдалась синусоидальная полоса, которая напоминает подготовленный кубит Алисы с максимальной четырехкратной скоростью 0.09 отсчетов в секунду. Видимость полос составила VD = 81.3 ± 5.4% и VA = 74.7 ± 4.7%, оба значения превышают классический предел V = 1/3.
Изображение №4
Далее была выполнена томография квантового состояния максимального правдоподобия на целевом фотоне Боба, чтобы восстановить матрицу плотности (ρB) его квантового состояния, обусловленную обнаружением BSM. Выше показано ρB для Алисы, передающей состояния |H⟩, |V⟩, |D⟩ и |A⟩. Точность ρB идеальному кубиту Алисы |ψ⟩A определяется путем вычисления Fψ = ⟨ ψA|ρB|ψA⟩. Передача состояния в базисе H/V не требует вмешательства HOM из-за проекции на собственные состояния кубита в анализаторе состояний Белла, где грубая точность в основном ограничена единицей из-за деградации многофотонных пар. В этом базисе ученые измерили FH = 97.5 ± 1.2% и FV = 95.8 ± 2.5% для |ψ⟩A = |H⟩ и |V⟩ соответственно. Однако передача когерентных суперпозиций |H⟩ и |V⟩ требует интерференции и, таким образом, демонстрирует большую декогеренцию из-за несовершенной спектральной чистоты и неразличимости между фотонами Алисы и Боба, интерферирующими в узле BSM.
Для Алисы, передающей |ψ⟩A = |D⟩ и |A⟩, были получены точности FD = 87.5 ± 3.9% и FA = 85.5 ± 3.7% соответственно. Поскольку шум SpRS неполяризован и не зависит от подготовленного кубита Алисы, предполагая симметрию оставшихся экваториальных состояний, была получена средняя точность для произвольного кубита на сфере Блоха Favg = 1/3 Fpoles + 2/3 Fquator = 89.9 ± 3.1%. Кроме того, Favg составило 90.8 ± 0.8% без отправки фотонов по 30.2-километровому каналу, демонстрируя, что существует минимальное ухудшение точности от распределения по волокну или включения сигнала 400 Гбит/с. Точность передачи квантового состояния, полученная для каждого кубита, показана на 4c. Каждый результат намного превышает границу F < 2/3 для методов, использующих только классическую физику, демонстрируя, что неклассическая телепортация может быть достигнута наряду с высокоскоростной обычной связью.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых и дополнительные материалы к нему.
Эпилог
В рассмотренном нами сегодня труде ученые решили проверить возможность использования квантовой телепортации для передачи данных внутри классический оптоволоконных сетей. Такой процесс считается практически невозможным, так как передающиеся с помощью телепортации данные могут в буквальном смысле затеряться в шумной среде. Однако усилия ученых увенчались успехом.
Ограниченная только скоростью света, квантовая телепортация может сделать связь практически мгновенной. Процесс работает за счет использования квантовой запутанности, когда две частицы связаны независимо от расстояния между ними. Для передачи данных частицы не перемещаются физически, они обмениваются информацией на больших расстояниях без ее физической переноски. В то время как в классических оптических системах сигналы преобразуются в свет, то есть в миллионы частиц света, квантовая информация использует отдельные фотоны.
Ранее считалось, что эти отдельные фотоны, если их запустить внутри оптической сети, просто потеряются и, следовательно, квантовой телепортации не произойдет. Однако авторы исследования нашли способ обойти эту проблему. Ими были обнаружены длины волн внутри оптоволоконных кабелей, которые менее загружены, а также использовали специальные фильтры для снижения шума от обычного трафика.
Во время опытов использовался 30-километровый оптоволоконный кабель с фотоном на каждом конце. Затем по кабелю одновременно была отправлена квантовая информация и обычный интернет-трафик. Наконец, ученые измерили качество квантовой информации на приемном конце, выполняя протокол телепортации, проводя квантовые измерения в средней точке. Было установлено, что квантовая информация была успешно передана даже при интенсивном интернет-трафике.
В будущем ученые намерены провести еще несколько экспериментов, изменив некоторые параметры, в том числе и увеличив расстояние передачи информации. Реализация данной технологии в полной мере позволит обеспечить практически мгновенную и безопасную связь между географически удаленными точками. Это буквально изменит мир коммуникационных технологий.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
Автор: Dmytro_Kikot
