Команда ученых в Китае связала квантовую память с более чем 30 милями (50 километрами) оптоволоконного кабеля, побив предыдущий рекорд более чем в 40 раз. По словам ученых, этот подвиг является важным шагом на пути к взломанному интернету.
Интернет, который мы используем сегодня, был действительно революционным изобретением. Он связал мир с информацией и позволил нам поделиться миллионами фотографий милых и приятных кошек. Но Интернет также полон хакеров, пытающихся перехватить важную или конфиденциальную информацию. Чтобы дать отпор, физики придумали решение с небольшой помощью кота Шредингера, знаменитого, гипотетического мертвого и живого кошачьего, призванного раскрыть странную природу субатомных частиц.
Это предлагаемое решение - новый Интернет, управляемый причудливым миром квантовой механики. Такой интернет может когда-нибудь стать стандартом для безопасной отправки, получения и хранения данных.
В классическом вычислительном мире информация представлена битами со значениями 0 или 1. Квантовый Интернет, как и квантовый компьютер, использовал бы одно из фундаментальных свойств квантовой механики - принцип суперпозиции. Этот принцип хорошо описан с использованием парадокса физика Эрвина Шредингера о том, что кошка в коробке одновременно мертва и жива. Квантовые компьютеры используют квантовые биты, или «кубиты», которые могут существовать в состоянии суперпозиции, в котором они имеют значения как 1, так и 0 одновременно. Кубит существует в этом состоянии неопределенности до тех пор, пока он не будет измерен наблюдателем, превращая кубит в определенное состояние 0 или 1.
Если вы соедините два или более кубитов вместе, они запутаются. Квантовая запутанность - это эфирная связь между двумя или более частицами, так что любое действие, совершаемое с одной из них, мгновенно влияет на другие, независимо от того, насколько далеко они друг от друга. Альберт Эйнштейн классно назвал это явление «жутким действием на расстоянии». Настоящее волшебство квантового Интернета начнется, когда информация будет отправлена с использованием запутанных частиц, также называемых квантовой телепортацией.
«Квантовая телепортация - это способ передачи неизвестного квантового состояния от одной частицы к другой в отдаленном месте без отправки самой исходной частицы», - говорит профессор физики в Университете науки и техники Китая в Хэфэй, Цзянь-Вэй Пан. и соавтор исследования, сказал в интервью National Science Review.
Поскольку запутанные кубиты физически не связаны друг с другом в какой-либо форме или форме, перехват сообщений между ними невозможен.
Пан и его команда уже продемонстрировали запутывание легких частиц или фотонов на больших расстояниях в пустом пространстве. В 2017 году его команда запутала два фотона, разделенных на 746 миль (1200 км), с помощью спутникового реле на орбите Земли, названного Микиусом.
На практике запутывание - это привередливое дело. Малейшие возмущения, такие как изменение температуры или вибрация, могут разорвать связь между запутанными частицами, разрушив их общее состояние. Чтобы реализовать настоящий квантовый интернет, физики должны будут заручиться помощью так называемых квантовых воспоминаний.
«Квантовая память - это устройство, которое хранит квантовую информацию. Необходимо хранить суперпозицию двух состояний», - сказал Сяо-Хуэй Бао, профессор физики в Университете науки и технологии Китая в Хэфэй и соавтор исследования. Живая Наука.
Квантовые воспоминания
В исследовании, опубликованном 12 февраля в журнале Nature, Пэну и его коллегам удалось запутать квантовые воспоминания через 50 км волоконно-оптического кабеля. Предыдущий рекорд разделения между воспоминаниями составлял 0,8 мили (1,3 км).
В эксперименте нового исследования квантовая память представляет собой ансамбль охлаждаемых лазером атомов рубидия, захваченных в вакууме, сказал Бао. Команда использовала фотоны для чтения и записи в облако 100 миллионов захваченных атомов. Фотоны использовались как для возбуждения атомов в состоянии с более высокой энергией, устанавливая кубиты, которые исследователи хотели запутать, и создавали запутанный фотон, который отправлялся по оптическому кабелю. Затем исследователям нужно было изменить частоту фотона, чтобы он не потерялся в 50 км волоконно-оптического кабеля, намотанного в их лаборатории. Наконец, фотон может быть отправлен по кабелю, чтобы успешно запутать вторую квантовую память.
Хотя квантовая запутанность между воспоминаниями была достигнута, команде еще предстоит выполнить квантовую телепортацию информации между двумя узлами. Исследователи сказали, что они надеются, что эта работа проложит путь для создания сети квантовых ретрансляционных станций, которые расширили бы запутанную связь на более длинные расстояния, в конечном счете приводя к крупномасштабной квантовой сети.
