Американские физики впервые передали квантовое состояние света на расстояние более 30 километров по обычному волоконно-оптическому кабелю, одновременно загруженному интернет-трафиком. Эксперимент считался технически невозможным и открывает путь к созданию квантовых сетей на базе существующей инфраструктуры связи. Работа опубликована в журнале Optica.
Исследование выполнила команда инженеров и физиков под руководством профессора Северо-Западного университета США Према Кумара. Ученым удалось «телепортировать» квантовое состояние одиночного фотона через оптоволокно, по которому параллельно передавались данные со скоростью около 400 гигабит в секунду.
«Это невероятно захватывающе, потому что раньше никто не считал подобное возможным», — отметил Кумар. — «Наша работа показывает путь к объединению квантовых и классических сетей в одной волоконно-оптической системе».
Квантовая телепортация не означает перемещение материи в пространстве. Речь идет о передаче квантового состояния — набора вероятностных характеристик частицы — от одного объекта к другому. Для этого исходное состояние разрушается, а информация о нем переносится на удалённую частицу с помощью квантовой запутанности и классического сигнала.
Главная сложность заключается в том, что квантовые состояния крайне нестабильны. Любые помехи — тепловые колебания, рассеяние света или взаимодействие с другими сигналами — приводят к декогеренции, то есть утрате квантовых свойств. Поэтому долгое время считалось, что квантовая связь требует полностью изолированных каналов.
Команда Кумара решила эту проблему, тщательно подобрав рабочую длину волны и режим передачи, при котором рассеяние света минимально. Это позволило одиночному фотону сохранять свое квантовое состояние даже в условиях интенсивного интернет-трафика.
«Мы детально изучили механизмы рассеяния света и разместили фотоны в диапазоне, где влияние помех минимально», — пояснил Кумар.— «В результате квантовая и классическая связь смогли работать одновременно, не мешая друг другу».
Ранее передача квантовой информации параллельно с обычным интернетом демонстрировалась лишь в лабораторных моделях. Этот эксперимент стал первым подтверждением возможности квантовой телепортации в реальной телекоммуникационной сети.
По мнению авторов, технология может лечь в основу квантового интернета, обеспечивающего сверхзащищенную связь, распределенные квантовые вычисления и новые методы измерений и сенсинга — без необходимости прокладывать отдельные линии связи.
Ранее физики впервые запечатлели рождение материи из вакуума.
