Как ученые преодолели препятствия?
Исследователи из Национального института стандартов и технологий США (NIST) совместно с коллегами из Мэрилендского университета опубликовали результаты эксперимента в научном издании Journal of Optical Communications and Networking. Они пропустили квантово-запутанные фотоны через кабельную сеть длиной 62 километра, проложенную на уличных столбах между зданиями учреждений.
Обычно квантовые сети требуют идеальных лабораторных условий, ведь любой внешний шум или колебания температуры разрушают запутанность частиц. Однако воздушные оптоволоконные линии подвергаются постоянному воздействию ветра, вибраций от проезжающих автомобилей и пролетающих птиц. Все это изменяет поляризацию света и разрушает квантовую информацию.
Я бы назвал это стресс-тестом квантовых сетевых систем,
– говорит Ичен Ши, физик из NIST.
Чтобы сохранить квантовое состояние частиц в столь нестабильной среде, команда разработала специальную систему активной калибровки. Ученые использовали дополнительный сигнал лазерного света в качестве опорной точки. Измеряя, насколько сильно окружающая среда искривляет лазерный луч, алгоритм мгновенно рассчитывал необходимые поправки и корректировал состояние запутанных фотонов.
Чередование опорного лазера и запутанных фотонов заняло лишь 7,2 процента от общего времени работы системы. Остальные 92,8 процента времени специалисты использовали для передачи стабильной квантовой информации. Скорость передачи составила 200–1 500 запутанных фотонов в секунду.
Перспективы технологии
Ранее ученые уже передавали запутанные фотоны на расстояние до 420 километров, однако те эксперименты проводились в защищенных подземных или лабораторных каналах с идеальными условиями. Новое исследование доказало, что квантовый интернет можно развернуть на базе уже существующей городской инфраструктуры без строительства дорогостоящих подземных туннелей.
Технология открывает возможности для защиты данных. Сетевые узлы смогут обмениваться секретными ключами шифрования, которые невозможно перехватить по пути, ведь код окончательно формируется только в момент проверки. Кроме того, квантовые сети позволят объединить телескопы в разных уголках Земли в один гигантский исследовательский инструмент.
В будущем специалисты планируют усовершенствовать аппаратное обеспечение и обновить алгоритмы, чтобы что-то еще больше увеличить скорость передачи данных.