Научные сотрудники Австралийского национального университета (ANU) и их коллеги из Университета Отаго, что в Новой Зеландии, создали прототип квантового жесткого диска. Изобретение может фундаментально изменить наше представление об уровне безопасности передачи защищенной информации. Используя атомы редкого на Земле химического элемента европия, заключенные в кристаллах из отросиликата иттрия, ученые смогли создать устройство, позволяющее до шести часов хранить информацию о квантовом состоянии, и тем самым побили предыдущий рекорд времени хранения для квантовой информации.
Нынешний уровень развития технологии передачи данных, зашифрованных квантовым методом, уже обещает небывалый рост в уровне безопасности хранения электронных данных и их обмен на относительно небольшие дистанции (до 100 километров). Однако последний научный прорыв, возможно, позволит в недалеком будущем создать мировую сеть передачи квантовых данных и обеспечить беспрецедентные возможности для хранения данных и избавиться от проблем нестабильности канала передачи данных, которые очень часто встречаются при ныне используемых технологиях.
«Мы считаем, что в скором времени станет возможным передача квантовой информации между двумя любыми точками на нашем земном шаре», — говорит Манджин Чжун из Школы физики и инженерии при Австралийском национальном университете и один из авторов нового исследования.
«Квантовое состояние очень хрупко и обычно коллапсирует в течение миллисекунд. Однако наша разработка позволяет многократно увеличить время хранения и имеет весьма большой потенциал для перехода на совершенно новый уровень передачи квантовой информации».
В отличие от обычных сетей передачи электронной информации, где передающий сигнал просто усиливается специальными блоками регенрации установленными на всем пути канала передачи, квантовая информация требует использование квантовой памяти на основе материи, роль которой отводится кубитам (квантовым битам), заключенным в узлах хранения данных, каждый из которых, в свою очередь, соединяется в цепь и составляет отдельный оптический канал.
К сожалению, иного подхода к построению квантового канала передачи данных на данный момент не придумано. Дело в том, что любая попытка усилить сигнал передачи квантовой информации в лучшем случае создаст на пути ее следования лишние шумы, в худшем — полностью разрушит ее квантовое спиновое состояние. В результате этого нынешние сети передачи квантово-зашифрованной информации представляют собой набор огромного числа блоков памяти, объединенных в цепочки, чья долгосрочная стабильность и надежность пока остаются сомнительными.
Кроме того, передача такой квантовой информации на очень большие дистанции (в мировых масштабах) делает подобные сети из серийно соединенных между собой блоков памяти весьма непрактичными с инженерной точки зрения и весьма сомнительными с финансовой.
Несмотря на многообещающий прогресс, достигнутый другими учеными, никто пока не смог предложить столь выдающиеся показатели в способах хранения и передачи квантовой информации на длинные дистанции, как это сделали ученые из ANU и Университета Отаго.
«Достигнутое нами время хранения показывает возможность и необходимость пересмотра наиболее подходящих способов распространения квантовых данных», — говорит Чжун.
«Даже при передаче наших кристаллов информации со скоростью обычных пешеходов мы увидим гораздо меньшие потери данных, по сравнению с передачей информации посредством лазерных систем на аналогичную дистанцию».
Хотя исследователи пока не имеют возможности создать полноценный кубит, они научились изменять с помощью лазера квантовое состояние ядерного спина фотонов в отросиликате иттрия с вложенными атомами европия. Полученное состояние сохраняется до шести часов при температуре -271 °C и использовании осциллирующего поля магнитного удержания мощностью в 1 Тесла.
«Для изоляции спинов европия и предотвращения утечки квантовой информации используются два удерживающих поля», — говорит доктор Джевон Лонгделл из Университета Отаго.
Ученые с большим оптимизмом и энтузиазмом ждут дальнейших тестов квантового оптического диска и проверки тех законов квантовой механики, которые эти тесты смогут предоставить.
«Мы никогда еще не имели возможности для изучения состояний квантовой запутанности на столь удаленных дистанциях», — говорит Мэттью Селларс, руководитель исследовательской команды двух научных центров.
