Исследование квантовых сетей

Ученые Аргоннской национальной лаборатории и Чикагского университета делают важный шаг в развитии квантового интернета.
Реальный эксперимент в пригороде Чикаго позволяет достичь квантовой запутанности в 52-мильной оптоволоконной сети.

[*Пресс-релиз]
Квантовая петля, возглавляемая старшим ученым из Аргонны и профессором Чикагского университета David Awschalom, провела свои первые успешные эксперименты по запутыванию 11 февраля.

Эксперимент, финансируемый Министерством энергетики США, рассматривается как основополагающий строительный элемент в развитии квантового Интернета - потенциально высоконадежной и далеко идущей сети квантовых компьютеров и других квантовых устройств. Квантовый интернет может катализировать технологии, которые значительно ускоряют современный интернет, значительно повышают безопасность коммуникаций и способствуют значительному прогрессу в области вычислений и зондирования. Ученые считают, что квантовые технологии могут революционизировать национальную и финансовую безопасность, конфиденциальность пациентов, открытие лекарств и разработку и производство новых материалов, одновременно увеличивая наше научное понимание вселенной.

«Это важный шаг вперед в использовании запутанности и создании сети, которая поможет сформировать основу для будущих квантовых систем связи».
«Мы воодушевлены этими первыми демонстрациями распределения запутанности за пределами лаборатории, а также наличием гибкой коммуникационной платформы, которая позволяет нам определять проблемы перевода квантовых явлений в реальный мир». - сказал David Awschalom.

В субатомном квантовом мире частицы могут запутаться, разделяя их состояния, даже если они находятся в разных местах - явление, которое можно использовать для передачи информации. Сеть, которая берет свое начало в Аргонне в Лемонте (штат Иллинойс) и циркулирует по кругу в паре 26-мильных петель через несколько западных пригородов Чикаго, использует уникальные свойства квантовой механики, чтобы в конечном итоге «телепортировать» информацию практически мгновенно на расстояние. В качестве бонуса ученые считают, что информацию будет крайне сложно взломать - квантовые состояния изменяются при наблюдении, поэтому присутствие внешнего слушателя фактически изменит сам сигнал.

11 февраля Белый дом объявил о финансировании и стратегическом видении квантовых сетей в США. План предусматривает совместную работу компаний и национальных лабораторий в течение следующих пяти лет, чтобы продемонстрировать фундаментальную науку и ключевые технологии для создания квантовых сетей, а в течение следующих 20 лет - квантовые интернет-каналы, которые открывают новые возможности, недоступные классической технологии.

Аргоннская национальная лаборатория планирует расширить эту сеть, разработав сеть двусторонней квантовой связи с Национальной ускорительной лабораторией Ферми. Такая связь могла бы помочь заложить основу для национального межлабораторного квантового интернета под руководством лаборатории.

Хотя квантовые технологии имеют многообещающие перспективы, сейчас она в основном теоретическая. Квантовые системы чрезвычайно чувствительны к помехам и до настоящего времени были в основном протестированы в чистых, контролируемых лабораторных условиях.

«В реальном мире оптоволоконные кабели расширяются и сжимаются при изменении температуры. Также существует вибрация и шум от окружающей среды, например, от транспортных средств.
И это факторы, которые могут повлиять на передачу квантового сигнала, и мы можем узнать результаты, только путём проведения эксперимента такого масштаба в реальных условиях эксплуатации».«Многие тесты квантовых технологий ограничены исследовательской средой.
Одним из аспектов этого проекта является расширение нашей лаборатории в районе Чикаго». - сказал Alan Dibos, ассистент-исследователь из Аргонны.

В достижении этой вехи David Awschalom и команда тесно сотрудничали с компаниями из квантовой индустрии. В сотрудничестве с Qubitekk, компанией, занимающейся разработкой квантовых технологий, команда создала запутанные пары фотонов и распределила их по двум 26-мильным волоконным петлям. Пары возвращающихся фотонов были обнаружены, и их корреляция была подтверждена с высоким отношением сигнал/шум.

Результатом являются последние новости от Chicago Quantum Exchange, национального лидера в области квантовой информатики. Над этим работают более 130 членов из университетов и национальных лабораторий, включая UChicago, Argonne, Fermilab и University of Illinois. Обмен также включает в себя несколько некоммерческих и международных партнеров и семь корпоративных партнеров, каждый из которых имеет опыт в различных областях квантовых информационных технологий.