Блог компании ua-hosting.company. Разговоры о будущем были бы неполными без упоминания квантовых технологий, которые должны, по заявлению ученых, буквально перевернуть с ног на голову вычисления, передачу данных, кодирование информации и многое другое. На данный момент вокруг квантовых технологий роится великое множество теорий, которые, к сожалению, не были проверены на практике.

Одной из таких теорий является квантовый интернет, которые должен позволить обмениваться данными, передаваемыми с помощью фотонов в разных квантовых состояниях.

Ученым из Гарвардского университета (США) удалось на практике доказать эту теорию, используя существующую оптоволоконную сеть в районе Бостона, чтобы продемонстрировать самое длинное в мире расстояние между двумя узлами квантовой памяти.

Как именно ученым это удалось, что для этого потребовалось, и как результаты опытов помогут развитию квантовой передаче данных? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Распределение квантовой запутанности между узлами квантовой памяти, разделенными большими расстояниями, является важным элементом реализации квантовых сетей, открывающим возможности потенциальных приложений, начиная от квантовых повторителей и защищенной связи на больших расстояниях и заканчивая распределенными квантовыми вычислениями. Предлагаемые архитектуры требуют квантовых узлов, содержащих несколько долгоживущих кубитов, которые могут собирать, хранить и обрабатывать информацию, передаваемую по фотонным каналам на основе телекоммуникационных или спутниковых каналов.

Поскольку фотоны и отдельные кубиты материи слабо взаимодействуют в свободном пространстве, многообещающим подходом к усилению взаимодействия между светом и коммуникационными кубитами является использование квантово-электродинамических (QED от quantum electrodynamic) систем с нанофотонным резонатором, в которых жесткое ограничение света внутри наноструктуры обеспечивает сильные взаимодействия между фотонами и коммуникационными кубитами.

Несколько экспериментов продемонстрировали удаленную запутанность в системах от нейтральных атомов и захваченных ионов до полупроводниковых квантовых точек и центров азотных вакансий в алмазе. Однако реальные приложения требуют сочетания эффективной связи фотонов, долговременной памяти и многокубитных операций с практическими телекоммуникационными оптоволоконными сетями, что является сложной задачей.

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые реализовали двухузловую квантовую сеть между двумя многокубитными узлами, состоящими из центров кремниевых вакансий (SiV от silicon-vacancy) в алмазе, связанных с нанофотонными резонаторами. SiV, связанные с резонаторами, стали многообещающей платформой квантовой сети, продемонстрировав квантовую связь с расширенной памятью и надежную работу с несколькими кубитами в одном узле.

Ученые расширили эти одноузловые эксперименты, демонстрируя генерацию удаленной запутанности между двумя электронными спинами в двух пространственно разделенных центрах SiV с частотой успеха до 1 Гц. Данный подход использует последовательные операции спин-фотонного вентиля с кубитами временного интервала для надежного запутывания отдельных узлов и не требует фазовой стабильности по всей линии связи.

Чтобы продемонстрировать возможность развертывания квантовых сетей с использованием исследуемой платформы, ученые использовали двунаправленное квантовое преобразование частоты (QFC от quantum frequency conversion) для преобразования длины волны фотонных кубитов в длины волн телекоммуникаций. В итоге ученым удалось создать квантовую сеть с удаленным запутыванием, используя оптоволоконное соединение длиной 40 км с минимальными потерями.

Результаты исследования