Квантовый интернет впервые пустили по обычному оптоволокну
Квантовый интернет обещает стать новым технологическим чудом, которое изменит наш мир так же, как 30 лет назад изменил его обычный интернет. Но сделать это будет намного труднее: квантовые состояния легко разрушаются и поэтому не могут передаваться по обычным каналам связи. Попытки предпринимают многие, но успех даётся с трудом. Не исключено, что прорыв обеспечит разработка из США, недавно испытанная в Университете Пенсильвании на местных линиях связи.
Исследователи даже не стали пытаться передавать по сети сами квантовые состояния, которые могут использоваться либо для вычислений, либо для передачи защищённой информации в виде квантового распределения ключей. Сегодня не существует технологий для создания квантовых повторителей, и это предсказуемо ограничивает дальность передачи квантовых данных. К тому же нельзя просто так «прикрутить» к квантовым протоколам классический интернет-протокол, чтобы пакет с квантовым содержимым прошёл через систему маршрутизации и добрался до адресата. Нужно было действовать иначе.
Группа учёных из Университета Пенсильвании воспользовалась чем-то вроде инкапсуляции. Они рассудили, что квантовые данные в виде особых состояний фотонов можно упрятать в пакет и не касаться их напрямую, чтобы не произошло коллапса волновой функции, возникающего при попытке прочитать квантовые состояния. Маршрутизация была доверена обычным сигналам (фотонам), которые, словно паровоз, доставляли контейнеры с «квантовыми» фотонами по месту назначения, работая при этом по обычному IP-протоколу.
Сборку «составов» осуществлял разработанный в университете кремниевый чип Q-Chip (сокращение от Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics). Он совмещал квантовые и классические сигналы и «говорил» на понятном классическому сетевому оборудованию языке. Чип был протестирован в кампусе университета на обычной сети длиной около одного километра, с одним узлом и одним сервером. Точность передачи квантовой информации составила 97 %.
Ещё одним важным аспектом разработки стала эффективная борьба с помехами. Они оказывали схожее влияние как на классический сигнал в оптоволокне, так и на фотоны с квантовыми состояниями. Возвращаясь к примеру с паровозом и вагонами, помехи примерно одинаково влияли и на «локомотив», и на неприкосновенный груз. Оценив воздействие на классический заголовок пакета, можно было понять характер влияния помех на квантовые данные и компенсировать его уже при чтении квантовой информации, не разрушая её ради коррекции ошибок. Разработчики утверждают, что этот приём повысил помехозащищённость при передаче квантовой информации по обычному оптоволокну.
Созданный в университете Q-Chip может выпускаться в неограниченном объёме на стандартных полупроводниковых фабриках. Это делает повсеместное развёртывание квантового интернета доступным и реальным — если технология будет доведена до коммерческого уровня. Однако вряд ли всё окажется так просто, как рисует пресс-релиз университета: технология наверняка потребует серьёзной доработки, прежде чем новый интернет станет реальностью.
