Ученые “расширили” квантовый Интернет благодаря телепортации данных (фото)
Эксперимент доказал, что можно наладить быструю и безопасную связь между многими квантовыми системами, а не только двумя.
Ученые из Нидерландов совершили прорыв в создании квантового Интернета, научившись телепортировать данные одновременно на три машины. Об этом достижении пишет издание The New York Times.
Многие исследователи считают: будущее за квантовыми компьютерами, способными проводить вычисления во много раз быстрее самых мощных суперкомпьютеров. Осенью 2019 года Google представила первый работающий квантовый компьютер, а 2 года спустя китайцы повторили этот успех. Однако для полноценной работы таким устройствам понадобится компьютерная сеть, аналог Интернета, которая позволит быстро и надежно передавать информацию между устройствами.
Квантовая связь уже существует, но до сих пор ученым удавалось отправлять данные на ограниченное расстояние и только между двумя компьютерами. Группа физиков из Технологического университета Делфта первой в истории сумела расширить сеть до трех физических машин. Для этого они воспользовались квантовой телепортацией, которую знаменитый ученый Альберт Эйнштейн в свое время считал невозможной.
Это физическое явление подразумевает передачу информации на расстоянии без перемещения материи, на которой она хранится. Получается, что промежуточный канал напрочь отсутствует, поэтому злоумышленники не смогут перехватить сигнал.
“Это означает не только то, что квантовый компьютер может решить вашу проблему, но и то, что он не знает, в чем проблема заключается. Сегодня это так не работает, ведь, к примеру, Google знает, что вы храните на своих серверах”, — прокомментировала Трейси Элеонора Нортап из Института экспериментальной физики Университета Инсбрука.
В основе квантового компьютера лежит необычное поведение частиц — электроны, фотоны, кубиты, — когда они ведут себя одновременно как два разных объекта с разными свойствами. В обычных компьютерах информация шифруется в битах, каждый из которых имеет значение или “0”, или “1”, однако квантовые свойства позволяют кубитам хранить оба значения одновременно. С увеличением количества кубитов мощность системы растет экспоненциально, однако сами частицы достаточно хрупкие и могут разрушаться от малейшего воздействия внешней среды вместе с закодированными данными.
Из-за хрупкости квантовых битов информацию сложно передавать на расстоянии, но “телепортация” позволяет решить проблему благодаря свойству под названием “квантовая запутанность”, когда изменение состояния одной квантовой системы мгновенно влияет на состояние другой, удаленной, и таким образом обе системы становятся неразрывно связанными.
Запутанные системы могут состоять из электронов, фотонов или других квантовых объектов. Авторы нового исследования использовали так называемый центр азотных вакансий — крошечное пустое пространство в синтетическом алмазе, в котором электроны могут быть захвачены при помощи сложного комплекса лазеров и зеркал. Для эксперимента они построили три системы, назвав их Алисой, Бобом и Чарли, а затем соединили оптическими волокнами и запустили в них частицы света, которые выполнили роль кубитов.
Сначала исследователи запутали два электрона — один принадлежит Алисе, другой — Бобу, придав им одно и то же квантовое состояние и сохранив одинаковую комбинацию “1” и “0”. Затем команда перенесла то же состояние на ядро углерода внутри Боба и “запутала” его с электроном Чарли. Они получили две запутанности, которые смогли связать в одну систему и перемещать данные по трем узлам. Дистанция между ними составило около 18 м, но предыдущие исследования доказывают, что запутанность возникает и на большем расстоянии.
“Сейчас мы строим небольшие квантовые сети в лаборатории. Но идея состоит в том, чтобы в конечном итоге построить квантовый Интернет”, — сказал Рональд Хэнсон, физик из Делфта, участник исследовательской команды. — “Мы уже пытаемся сделать это за пределами лаборатории”.
