Рекордная квантовая запутанность: 25 км оптоволокна соединили квантовые компьютеры между городами
Международная исследовательская группа, возглавляемая QuTech, достигла значительного прогресса в развитии квантового интернета, продемонстрировав успешное сетевое соединение между квантовыми процессорами на городских расстояниях. Результаты работы, опубликованные в журнале Science Advances, представляют собой шаг вперёд от ранних исследовательских сетей в лаборатории к будущему квантовому интернету.
Команда разработала полностью независимые рабочие узлы, интегрировав их с развёрнутым оптоволоконным интернетом, что позволило создать квантовую связь на расстоянии 25 км между голландскими городами Делфт и Гаага. Рональд Хансон, руководитель группы, отметил: «Расстояние, на котором мы создаём квантовую запутанность в этом проекте, через 25 км развёрнутого подземного волокна, является рекордным для квантовых процессоров. Это первый раз, когда такие квантовые процессоры в разных городах соединены».
Квантовый интернет позволит обмениваться квантовой информацией (кубитами), которые могут принимать не только значения 0 или 1, но и их суперпозиции (0 и 1 одновременно). Кроме того, кубиты могут быть запутаны, что означает, что они разделяют квантовую связь, позволяющую мгновенные корреляции, независимо от расстояния. Такие возможности могут обеспечить принципиально новые коммуникации и вычисления, включая безопасные ключи шифрования для безопасного обмена финансовыми или медицинскими данными и соединение удалённых квантовых компьютеров для увеличения их мощности и обеспечения полной конфиденциальности пользователей.
Переход от лабораторных экспериментов к реализации квантовой связи между городами потребовал решения новых проблем. Команда разработала гибкую систему, позволяющую узлам работать независимо на больших расстояниях, смягчила влияние потери фотонов на скорость соединения и обеспечила надёжное подтверждение каждый раз, когда успешно создавалась запутанная связь. Ариан Столк, соавтор исследования, объяснил: «Связь должна была быть стабильной в пределах длины волны фотонов (меньше микрометра) на протяжении 25 километров оптоволокна. Эту задачу можно сравнить с поддержанием постоянного расстояния между Землёй и Луной с точностью всего в несколько миллиметров».
Команда использовала фотонно-эффективный протокол, который требовал очень точной стабилизации соединительного оптоволоконного соединения. Они успешно продемонстрировали запутывание между двумя узлами квантовой сети, содержащими алмазные спиновые кубиты, и обеспечили заранее заданное запутанное состояние между узлами.
Широкий опыт команды и сотрудничество с различными организациями, включая Fraunhofer ILT, OPNT, Element Six, Toptica и голландского телекоммуникационного провайдера KPN, обеспечили успех проекта.
Архитектура и методы, разработанные командой, применимы к другим платформам кубитов, включая масштабируемые кубиты следующего поколения.