Команда вчених у Китаї зв'язала квантові спогади за понад 50 миль (50 кілометрів) волоконно-оптичного кабелю, побивши попередній рекорд більш ніж у 40 разів. Цей подвиг є важливим кроком до бездоганного Інтернету, вважають вчені.
Інтернет, яким ми сьогодні користуємось, був справді революційним винаходом. Це пов’язало світ з інформацією та дозволило нам поділитися мільйонами фотографій милих і милих котів. Але Інтернет також наповнений хакерами, які намагаються перехопити важливу чи конфіденційну інформацію. Щоб дати відсіч, фізики придумали рішення, за допомогою невеликої допомоги кота Шредінгера, знаменитого, гіпотетичного мертвого і живого кота, який мав на меті розкрити дивну природу субатомних частинок.
Пропоноване рішення - це новий Інтернет, яким керує химерний світ квантової механіки. Такий Інтернет може колись стати стандартом для надійної передачі, отримання та зберігання даних.
У класичному обчислювальному світі інформація представлена бітами зі значеннями 0 або 1. Квантовий Інтернет, як і квантовий комп'ютер, скористався одним із основних властивостей квантової механіки, принципом суперпозиції. Цей принцип чудово описаний, використовуючи парадокс фізика Ервіна Шредінгера про те, що кішка в коробці є одночасно мертвою і живою. Квантові комп'ютери використовують квантові біти, або "кубіти", які можуть існувати в стані суперпозиції, в якій вони мають значення як 1, так і 0 одночасно. Кубіт існує в такому стані невизначеності, поки його не виміряє спостерігач, згорнувши кубіт у визначений стан 0 або 1.
Якщо з'єднати два або більше кубітів разом, вони заплутуються. Квантове заплутування - це ефірний зв’язок між двома або більше частинками, таким чином, що будь-яка дія, здійснена на одній миттєво, впливає на інші, незалежно від того, наскільки вони далекі. Альберт Ейнштейн знаменито називав це явище "моторошною дією на відстані". Справжня магія квантового Інтернету розпочнеться, коли інформація надходить за допомогою заплутаних частинок, також званих квантовою телепортацією.
"Квантова телепортація - це спосіб перенести невідомий квантовий стан з однієї частинки в іншу у віддалене місце, не надсилаючи самої оригінальної частинки", - Цзянь-Вей Пан, професор фізики в Університеті науки і техніки Китаю в Хефеї та співавтор дослідження, заявив в інтерв'ю National Science Review.
Оскільки заплутані кубіти фізично не пов'язані між собою в будь-якій формі або формі, перехоплення комунікацій між ними неможливо.
Пан та його команда вже продемонстрували заплутування легких частинок або фотонів на великі відстані через порожній простір. У 2017 році його команда обплутала два фотони, розділені на 1200 км (746 миль) за допомогою супутникового реле на орбіті Землі на ім'я Міцій.
На практиці заплутаність - вигадливий бізнес. Найменші порушення, такі як зміна температури або вібрації, можуть порушити зв’язок між заплутаними частинками, руйнуючи їх загальний стан. Щоб реалізувати справжній квантовий Інтернет, фізикам потрібно буде заручитися допомогою так званих квантових спогадів.
"Квантова пам'ять - це пристрій, який зберігає квантову інформацію. Необхідно зберігати суперпозицію двох станів", - сказав Сяо-Хуй Бао, професор фізики з Університету науки і техніки Китаю в Хефеї та співавтор дослідження. Жива наука.
Квантові спогади
У дослідженні, опублікованому 12 лютого в журналі Nature, Пану та його колегам вдалося заплутати квантові спогади через 50 км волоконно-оптичного кабелю. Попередній запис поділу між спогадами склав 0,8 милі (1,3 км).
У експерименті нового дослідження квантова пам'ять - це ансамбль атомів рубідію, охолодженого лазером, захоплений у вакуумі, сказав Бао. Команда використала фотони для читання та запису до хмари 100 мільйонів захоплених атомів. Фотони були використані для збудження атомів у більш високому енергетичному стані, встановивши кубіти, які дослідники хотіли заплутатися, і створили заплутаний фотон, який буде направлений оптичним кабелем. Тоді дослідникам потрібно було змінити частоту фотона, щоб він не загубився в 50 км волоконно-оптичного кабелю, згорнутого в їх лабораторії. Нарешті, фотон може бути відправлений у дорогу по кабелю, щоб успішно заплутати другу квантову пам'ять.
Хоча квантове заплутування між спогадами було досягнуто, команді ще належить здійснити квантову телепортацію інформації між двома вузлами. Дослідники заявили, що сподіваються, що ця робота прокладе шлях для створення мережі квантових ретрансляційних станцій, яка розширить заплутану комунікацію на більші відстані, врешті-решт ведучи до масштабної квантової мережі.
