Чикагският Северозападен университет обяви пробив в квантовите комуникации

07.01.2025   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Инженери от чикагския Северозападен университет (Northwestern University) обявиха, че първи в света успешно са демонстрирали квантова телепортация по оптичен кабел, по който вече преминава интернет трафик. Откритието е публикувано в сп. Optica и въвежда нова възможност за комбиниране на квантова комуникация със съществуващи интернет кабели, до голяма степен опростявайки инфраструктурата, необходима за усъвършенствани сензорни технологии и приложения на квантовите изчисления.
 
"Това е особено вълнуващо, защото никой не го смяташе за възможно", коментира Прем Кумар, специалист по квантови комуникации и преподавател по електро- и компютърно инженерство в Северозападния университет. "Работата ни показва пътя към следващото поколение квантови и класически мрежи, споделящи обща оптична инфраструктура. Принципно, това отваря вратата за издигането на квантовите комуникации на следващото ниво."

Как работи

Ограничена само от скоростта на светлината, квантовата телепортация позволява нов, ултрабърз, сигурен начин за споделяне на информация между отдалечени потребители, като директният пренос не е необходим. Процесът работи като използва квантовото заплитане – техника, при която две частици са свързани, независимо от разстоянието между тях. Вместо частиците физически да пътуват, за да доставят информация, заплетените частици обменят информация през голямо разстояние, без физически да я носят.
 
"В оптичните комуникации всички сигнали се преобразуват в светлина", обяснява Кумар, който е и ръководител на проучването. "Докато конвенционалните сигнали за класическите комуникации обикновено включват милиони частици светлина, квантовата информация използва отделни фотони."
 
"Чрез извършване на разрушително измерване на два фотона – един, носещ квантово състояние, и един, заплетен с друг фотон – квантовото състояние се прехвърля в оставащия фотон, който може да бъде много далеч", обяснява Джордан Томас, съавтор на проучването. "Самият фотон не трябва да се изпраща на големи разстояния, но състоянието му все така се оказва кодирано в далечния фотон. Телепортацията позволява обмен на информация на големи разстояния, без да е необходимо самата информация да пропътува това разстояние."
 
Преди проучването на Кумар много изследователи не бяха сигурни дали квантовата телепортация е възможна по кабели за осъществяване на класическа комуникация. Заплетените фотони биха се загубили сред милионите други светлинни частици. Това би било като крехък велосипед, който се опитва да премине през претъпкан тунел с движещи се с превишена скорост тежкотоварни камиони.
 
Кумар и екипът му обаче откриват начин да помогнат на деликатните фотони да избегнат натоварения трафик. След задълбочени проучвания за това как светлината се разсейва в оптичните кабели изследователите откриват по-малко натоварена дължина на вълната на светлината, където да поставят фотоните си. След това добавят специални филтри, за да редуцират шума от регулярния интернет трафик.
 
"Внимателно изучихме как светлината се разлага и поставихме своите фотони на място, където този механизъм на разлагане е минимизиран", посочва Кумар. "Открихме, че можем да извършим квантова комуникация без смущения от класическите канали, които съществуват едновременно."
 
За да тестват новия метод, Кумар и екипът му поставят оптичен кабел, дълъг 30 км, с по един фотон в двата края. След това те едновременно изпращат квантова информация и високоскоростен интернет трафик по него. Накрая те измерват качеството на квантовата информация в приемащия край, докато изпълняват протокола за телепортация, като правят квантови измервания в междинна точка. Изследователите откриват, че квантовата информация е пренесена успешно дори и при натоварен интернет трафик.
 
"Въпреки че много групи проучваха съвместното съществуване на квантовите и класическите комуникации, тази работа за пръв път демонстрира квантовата телепортация в този нов сценарий", обяснява Томас. "Тази способност да се изпраща информация без директен пренос отваря вратата за още по-усъвършенствани квантови приложения, които да се реализират без специален кабел."

Какво следва

Кумар планира да разшири експериментите на по-големи разстояния. Той също така планира да използва два чифта заплетени фотони, за да демонстрира размяна на заплитане, друг важен крайъгълен камък, водещ до разпределени квантови приложения. И накрая, неговият екип проучва възможността за провеждане на експерименти с реални оптични кабели, поставени в земята, а не на макари в лабораторията. Кумар е оптимист.
 
"Квантовата телепортация има способността да осигури сигурна квантова свързаност между географски отдалечени възли", каза Кумар. "Но мнозина отдавна предполагат, че никой няма да изгради специализирана инфраструктура за изпращане на частици светлина. Ако изберем правилно дължините на вълните, няма да се налага да изграждаме нова инфраструктура. Класическите комуникации и квантовите комуникации могат да съществуват едновременно."

Ключови думи: Northwestern University   квантови комуникации  

Област: Бизнес