Квантовые данные и состояния крайне нестабильны, в отличие от привычного интернет-трафика. Однако исследователи из Северо-Западного университета (штат Иллинойс, США) смогли передать запутанные фотоны по обычному кабелю, пока по нему же шли обычные данные. Результаты работы опубликованы в журнале Optica Quantum.
Уязвимость квантовых сигналов
В отличие от современного интернета, где информация передается в виде битов (0 и 1), квантовые сети опираются на состояния, известные как кубиты. Для их работы требуется квантовая запутанность, при которой две частицы сохраняют неразрывную связь независимо от расстояния между ними. Запутанные частицы способны обмениваться данными без физического перемещения — этот процесс называют квантовой телепортацией.
Однако квантовые сигналы очень уязвимы, поскольку кодируют информацию одиночными фотонами, в то время как в оптической связи для этого используются миллионы частиц света. Даже слабые помехи могут разрушить необходимую для квантовой связи запутанность.
Еще в 2024 году ученые нашли способ защитить хрупкие фотоны от шумов. Для этого команда разместила фотоны в менее загруженной части длины волны света и применила специальные фильтры. Лабораторные тесты на загруженном привычным интернетом кабеле длиной 30 километров подтвердили, что метод работает. Но оставался вопрос: эффективен ли он в реальных условиях?
Городской эксперимент
Для новых опытов исследователи генерировали запутанные фотоны в лаборатории кампуса в Эванстоне. Один фотон из пары оставался там, а другой отправлялся в центр обработки данных StarLight в центре Чикаго по волоконно-оптической линии длиной 24,4 км. По тому же кабелю одновременно шли два независимых потока данных со скорость 800 Гбит/с каждый. Ученые также добавили дополнительную оптическую мощность, которая имитировала полную загрузку, достигающую 36 Тбит/с.
Чтобы предотвратить перегрузку квантовых сигналов, авторы работы поместили их в спокойный O-диапазон оптического спектра, при этом обычный трафик оставался в стандартном C-диапазоне. Поскольку эксперимент проводился в двух физически разделенных местах, ученым нужно было синхронизировать оба конца сети. Они применили систему White Rabbit, которая обеспечила точность синхронизации до триллионных долей секунды. Это позволило распознать совпадающие пары запутанных частиц в реальном времени, несмотря на интенсивный фоновый поток данных. Последующие измерения показали, что запутанность сохранилась с точностью выше 94% — недостижимый результат для классических систем связи.
Ученые подчеркивают, что распределение запутанности — только первый этап квантовой телепортации, второй шаг — собственно передача информации, которую они хотят в дальнейшем осуществить в тех же условиях. Это позволит понять, можно ли в будущем отказаться от отдельных линий для квантового интернета и использовать существующую инфраструктуру.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики нашли полезное применение утечкам энергии в квантовых системах.