В Китае создали первый полноценный повторитель квантовой связи

Одна из главных проблем в работе современных систем квантовой связи заключается в том, что при движении через оптоволокно свет постепенно угасает. Поэтому при использовании наземных систем передачи данных расстояние между узлами квантовых сетей пока не превышает нескольких сотен километров.

Чтобы решить эту проблему, физики разрабатывают так называемые повторители квантовых сигналов – устройства, которые могут считать поступающие в них квантовые сигналы, усиливать их и отправлять адресату, не нарушая целостности данных. Это сложная задача, так как для нормальной работы таких повторителей необходима так называемая квантовая память – устройство, которое может долгое время хранить в себе квантовое состояние частиц света, передаваемых внутри сети.

Физики уже создали несколько прототипов ячеек квантовой памяти с помощью холодных атомов и ионов, а также "облаков" из них. Первые же опыты показали, что эти устройства плохо подходят для квантовых повторителей из-за низкой скорости работы и плохой совместимости с существующими системами квантовой связи.

Китайские физики выяснили, что этих проблем можно избежать, если перейти на другой тип квантовой памяти. Ее ячейки поглощают фотоны из внешней среды и в процессе работы оперируют ими, а не самостоятельно вырабатывают частицы света, как это делают "облака" атомов. Исследователи обнаружили, что подобным образом ведут себя кристаллы некоторых редкоземельных элементов, котоорые могут взаимодействовать только с частицами света с определенным типом поляризации.

Используя эти кристаллы, профессор Китайского научно-технологического университета Цзунцюань Чжоу и его коллеги собрали два повторителя квантовых сигналов, каждый из которых состоит из ячейки квантовой памяти, источника запутанных фотонов и специального устройства для проверки квантового состояния частиц. Опыты показали, что такие ячейки памяти корректно сохраняли в себе сигнал и успешно передавали его дальше в 80% случаев.

В ближайшее время ученые планируют улучшить качество работы излучателей и увеличить емкость самих ячеек памяти. Это ускорит работу повторителей и позволит использовать их для одновременной работы сразу с несколькими квантовыми сетями, что крайне важно для создания полноценного высокоскоростного "квантового интернета".