Первая квантовая интернет-телепортация

Надежная интернет-связь сегодня использует оптическое волокно, в котором сигналы переносит инфракрасное излучение. Оно представляет собой смесь миллионов элементарных частиц света, фотонов. В противоположность этому квантовая передача информации использует одиночные фотоны. В ее основе лежит квантовая запутанность, при которой два фотона, независимо от расстояния между ними, оказываются связанными друг с другом. С помощью запутанных частиц света можно реализовать передачу сообщений на огромные расстояния. Привлекательность такой связи состоит в практически мгновенном обмене информацией, поскольку квантовая телепортация фотонов ограничена лишь скоростью света. Прельщает пользователей и помехозащищенность, так как извлечение информации сразу уничтожает запутанность. После этого становится ясно, что сообщение уже прочитано.

Для опытов по передаче квантовой информации исследователи сейчас применяют специальные оптические линии, устойчивые к помехам. По общему мнению в обычных оптических линиях интернета нельзя детектировать перенос запутанных фотонов на фоне массы других. Эти представления недавно поколебало исследование команды Северо-Западного университета, руководимой профессором электротехники и вычислительной техники Премом Кумаром (Prem Kumar).

Физики провели глубокий анализ рассеяния света в стандартном оптическом волокне, выявили почти не подверженный помехам диапазон длин волн для телепортации фотонов и добавили оптические фильтры, уменьшающие шумовое влияние фотонов обычного интернет-трафика. Для экспериментальной проверки метода исследователи поместили два фотона на концах 30-километрового волоконно-оптического кабеля, а затем одновременно отправили по нему квантовую информацию и обычный интернет-трафик. При телепортации ученые вели квантовые измерения в средней точке кабеля и определили качество квантовой информации на приемном конце. Сигнал удалось успешно передать на фоне трафика стандартной интенсивности.

Пионерское исследование наметило путь к созданию следующего поколения квантовых и классических информационных сетей на основе единой волоконно-оптической инфраструктуры. Новая технология значительно упростит оборудование для квантовой криптографии и распределенных квантовых вычислений. Прем Кумар планирует эксперименты для больших расстояний и двух пар запутанных фотонов. На следующем этапе профессор намерен продемонстрировать эффект обмена запутанностью, существенный для создания надежных систем квантовой связи. Группа также планирует провести опыты на действующих оптических линиях интернета (Optica).