Квантовая интернет-сеть стала ещё ближе благодаря новому эксперименту

схожие новости

Физики сделали важный шаг к будущей квантовой версии Интернета, объединив три квантовых устройства в сеть. Квантовый Интернет обеспечит сверхбезопасную связь и откроет научные приложения, такие как новые типы датчиков гравитационных волн и телескопы с беспрецедентным разрешением.

В основе квантовых коммуникаций лежит информация, хранящаяся в кубитах — квантовом эквиваленте битов в обычных компьютерах, —  которые можно запрограммировать на суперпозицию «0» и «1». Основная цель квантовой сети — дать возможность кубитам на устройстве пользователя связываться с кубитами на чужом. Эта запутанность имеет множество потенциальных применений, начиная с шифрования: поскольку измерения на запутанных объектах всегда коррелированы, пользователи могут генерировать секретный код, известный только им, путем многократного считывания состояний своих кубитов.

В последней демонстрации физик Рональд Хансон из Делфтского технологического университета в Нидерландах и его сотрудники соединили три устройства таким образом, что любые два устройства в сети оказались взаимно запутанными кубитами. Они также переводят кубиты на всех трех устройствах в трехстороннее запутанное состояние, что, помимо других приложений, может позволить трем пользователям обмениваться секретной информацией.

Каждое из устройств хранит квантовую информацию в кристалле синтетического алмаза, точнее в квантовых состояниях дефекта в кристалле, где атом азота заменяет один из атомов углерода. В таком устройстве исследователи могут заставить азотный кубит испустить фотон, который автоматически запутается в состоянии атома. Затем они могут направить фотон в оптическое волокно и перенаправить его на другое устройство, помогая установить квантовую запутанность между удаленными кубитами. В 2015 году в эксперименте «тур-де-сил»3 команда из Делфта успешно запутала два устройства на основе алмаза и использовала их для подтверждения некоторых важных предсказаний квантовой механики.

Соединение трех устройств с запутанными фотонами. Источник: NATURE

Устройство в центре также было настроено для хранения информации в «квантовой памяти», время хранения которой больше, чем у других кубитов, и которая была ключом к настройке трехстороннего запутывания. Кубит памяти использует углерод-13, нерадиоактивный изотоп, который составляет около 1% природного углерода. Углерод-13 имеет дополнительный нейтрон в ядре, поэтому он действует как стержневой магнит. Исследователи использовали активный электрон в дефекте азота в качестве датчика, чтобы определить местонахождение ближайшего ядра углерода-13. Управляя электроном, они смогли перевести ядро ​​углерода в определенные квантовые состояния, превратив его в дополнительный кубит. Эти углеродные данные могут сохранять свое квантовое состояние в течение 1 минуты или более, что в субатомном мире является вечностью.

Углеродная память позволила исследователям поэтапно настроить сеть из трех устройств. Сначала они запутали один из конечных узлов с азотом в центральном узле, а затем они зафиксировали квантовое состояние азота в углеродной памяти. Это дало возможность центральному азотному кубиту запутаться с кубитом в третьем узле. В результате в центральном устройстве один кубит был запутан с первым узлом, а другой — с третьим в одно и то же время.

О полном исследовании можно найти в статье Давида Кастельвечи.

Читать еще

Комментарий

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь