Перша квантова телепортація через інтернет

Американські дослідники здійснили прорив у сфері квантових технологій, успішно телепортувавши квантовий стан світла через понад 30 кілометрів оптоволоконного кабелю, який одночасно передавав величезний потік інтернет-даних. Цей інженерний подвиг, який раніше вважався неможливим, став важливим кроком до створення квантово-зв’язаних обчислювальних мереж, удосконалення систем шифрування та розробки нових методів високоточного зондування. Хоча ця технологія не дозволить вам миттєво перенестися на роботу, уникаючи ранкових заторів, чи швидше завантажити улюблені відео з котиками, її значення для майбутнього науки та технологій важко переоцінити.

Експеримент, проведений командою під керівництвом інженера з обчислювальної техніки Північно-Західного університету Према Кумара, продемонстрував, що квантові стани можна передавати через існуючу інфраструктуру оптоволокна, яка щодня забезпечує роботу глобального інтернету. «Це надзвичайно захопливо, адже ніхто не думав, що таке можливо,» — зазначає Кумар. «Наша робота прокладає шлях до наступного покоління квантових і класичних мереж, які можуть співіснувати в єдиній оптоволоконній інфраструктурі. По суті, це відкриває двері до нового рівня квантових комунікацій.»

Квантова телепортація, яка на перший погляд нагадує фантастичні транспортні системи з «Зоряного шляху», працює за принципом перенесення квантових можливостей об’єкта з одного місця в інше. У процесі телепортації квантовий стан одного об’єкта «знищується» в початковій точці, а потім відтворюється на іншому об’єкті в іншій локації завдяки явищу квантової заплутаності. Хоча вимірювання станів двох об’єктів фіксує їхню долю в один і той же момент, для встановлення зв’язку між ними все ще необхідно передати єдину хвилю інформації через простір.

Квантовий стан будь-якого об’єкта — це делікатна структура, яка існує як розмита сукупність можливостей. Ця «квантова павутина» надзвичайно вразлива до зовнішніх впливів: електромагнітні хвилі, теплові коливання чи рух частинок можуть швидко зруйнувати її, перетворивши на декогеренцію — стан, у якому квантова природа втрачається. Захистити квантові стани всередині комп’ютерів — це одне завдання, але відправити один-єдиний фотон через оптоволокно, переповнене банківськими транзакціями, відеопотоками та текстовими повідомленнями, зберігаючи його квантовий стан, — це значно складніше. Це можна порівняти з спробою пронести цукрову вату через бурхливу річку й сподіватися, що вона залишиться такою ж смачною на іншому березі.

Щоб захистити свій фотон від потоку інтернет-трафіку зі швидкістю 400 гігабіт на секунду, дослідники застосували низку технік, які обмежили канал передачі фотона та знизили ймовірність його розсіювання чи змішування з іншими хвилями. «Ми ретельно вивчили, як світло розсіюється, і розмістили наші фотони в точці, де цей механізм розсіювання мінімізується,» — пояснює Кумар. «Ми виявили, що можемо здійснювати квантову комунікацію без перешкод від класичних каналів, які присутні одночасно.»

Хоча інші дослідницькі групи вже передавали квантову інформацію разом із класичними даними в симуляціях інтернету, команда Кумара стала першою, хто телепортував квантовий стан у реальному потоці інтернет-трафіку. Кожен такий тест наближає нас до неминучого створення квантового інтернету, надаючи інженерам нові інструменти для вимірювання, моніторингу, шифрування та обчислень, які раніше були недосяжними. При цьому немає потреби повністю перебудовувати існуючу інфраструктуру мережі.

«Квантова телепортація може забезпечити безпечне квантове з’єднання між географічно віддаленими вузлами,» — зазначає Кумар. «Багато хто вважав, що ніхто не будуватиме спеціалізовану інфраструктуру для передачі частинок світла. Але якщо ми правильно підберемо довжини хвиль, нам не доведеться створювати нову інфраструктуру. Класичні та квантові комунікації можуть співіснувати.»

Цей прорив не лише демонструє сумісність квантових технологій із сучасними мережами, але й підкреслює їхній потенціал для майбутнього. Уявіть собі світ, де дані передаються з неперевершеною безпекою, а обчислювальні системи працюють на принципах квантової механіки, відкриваючи нові горизонти для науки, медицини та технологій. Дослідження, опубліковане в журналі Optica, стало кульмінацією багаторічних зусиль і ще раз довело, що межі можливого в квантовій науці продовжують розширюватися.

Ця технологія поки що не змінить наше повсякденне життя, але вона закладає фундамент для революційних змін у способах передачі та обробки інформації. Успіх команди Кумара — це не просто наукове досягнення, а й сигнал для світу: квантовий інтернет уже не є фантастикою, а реальністю, яка поступово наближається.