Квантовый интернет теперь доступен без криогенного охлаждения

Ученые приблизили человечество к созданию квантового интернета — взаимосвязанной сети квантовых компьютеров. Впервые в истории была построена сеть «квантовой памяти», работающей при комнатной температуре.

В ходе экспериментов специалисты хранили и извлекали два фотонных кубита — кубиты, созданные из фотонов (частиц света), на квантовом уровне. Такой прорыв имеет важное значение, поскольку квантовая память является основополагающей технологией, которая предшествует созданию квантового интернета — следующего поколения Всемирной паутины.

В отличие от классической вычислительной памяти, которая кодирует данные в бинарных состояниях 1 или 0, квантовая память хранит данные в виде квантового бита (кубита), который может находиться также в суперпозиции 1 и 0. При наблюдении суперпозиция разрушается, и кубит становится таким же полезным, как и обычный бит. Ожидается, что квантовые компьютеры с миллионами кубитов будут в разы мощнее существующих самых быстрых суперкомпьютеров. Это связано с тем, что кубиты, запутанные между собой (внутренне связанные через пространство и время), могут выполнять гораздо больше вычислений одновременно.

Квантовый интернет — это инфраструктура интернета, которая опирается на законы квантовой механики для передачи данных между квантовыми компьютерами. Однако для функционирования квантовой сети необходима квантовая память. По словам авторов работы, достижение того, чтобы массивы квантовой памяти работали вместе на квантовом уровне и при комнатной температуре, является ключевым шагом для создания квантового интернета на любом уровне. До сих пор подобное не демонстрировалось.

Для работы квантовых сетей, построенных в последние годы, их необходимо охлаждать до абсолютного нуля, что ограничивает их пользу. Поэтому ученые разработали метод, который позволяет хранить 2 отдельных фотона и, что наиболее важно, успешно извлекать их квантовую сигнатуру. Специалисты добились такого эффекта при комнатной температуре, сохраняя фотоны в газообразном рубидии. Также был достигнут важный результат в виде интерференции извлеченных фотонов, демонстрирующей квантовую идентичность фотонов — эффект Хонга-Оу-Манделя, который является характерным квантовым признаком.

Помимо повышенной скорости, квантовая связь обладает врожденной безопасностью, так как любые попытки перехватить и прочитать информацию, передаваемую по квантовой сети, приравниваются к наблюдению, что приведет к разрушению суперпозиции кубитов. Исследования в области квантовых вычислений активно продолжаются, и ведется настоящая гонка за разработку технологий, которые помогут построить квантовый интернет. Следующим шагом станет разработка метода обнаружения готовности квантового сигнала к извлечению без уничтожения его свойств через прямое наблюдение, что откроет путь для квантовых повторителей, способных увеличивать дальность квантового сигнала и стать ключевым элементом масштабного квантового интернета.

В 2022 году ученые пришли к выводу, что квантовая сеть может телепортировать информацию между независимыми узлами с помощью квантовой запутанности. Специалисты построили простую сеть из нескольких алмазных кубитов, объединенных в три узла с именами Алиса, Боб и Чарли. Специалисты смогли передать информацию между двумя крайними узлами, не проходя через промежуточный узел, что стало основой для квантового интернета.