Ученые подтвердили первую квантовую телепортацию между фотонами из разных источников

Представьте себе интернет, защищённый от хакеров, где кража личных данных или несанкционированный доступ к банковским счетам физически невозможны.

Именно это и обещает квантовая коммуникация.

Хотя это может показаться научной фантастикой, группа физиков из Штутгартского университета сделала огромный шаг к воплощению этой идеи в реальность: впервые в мире им удалось успешно телепортировать квантовое состояние между фотонами (частицами света), генерируемыми двумя разными источниками.

Исследование, недавно опубликованное в престижном журнале Nature Communications , знаменует собой важную веху в гонке за создание инфраструктуры будущего глобального квантового интернета.

Зачем нам нужен квантовый интернет?

Современная цифровая жизнь изначально небезопасна.

С развитием искусственного интеллекта кибератаки становятся всё более изощрёнными. Квантовая криптография предлагает радикальное решение: она использует законы физики для защиты данных.

В отличие от современных систем прослушки, где информация может быть перехвачена незаметно, в квантовом мире сам факт наблюдения за информацией изменяет её.

Если хакер попытается шпионить, он немедленно оставит след, и связь будет прервана.

Проблема расстояния и решение «ретранслятора»

Главным препятствием для этой технологии является расстояние. Как и в случае с современным оптоволоконным интернетом, интенсивность света снижается по мере распространения.

Сегодня мы используем усилители каждые 50 километров для обновления сигнала.

«Квантовую информацию нельзя просто усилить или скопировать, поскольку это разрушит её исходное состояние. Именно поэтому обычные усилители не работают», — отмечают исследователи.

Теоретическое решение заключается в квантовых повторителях: устройствах, которые захватывают информацию и «телепортируют» её в следующий узел сети, прежде чем она потеряется.

Группа исследователей из Института полупроводниковой оптики и функциональных интерфейсов (IHFG) в Штутгарте добилась решающего прорыва в разработке этого важнейшего компонента.

Задача: создать идеальных «близнецов»

Для телепортации фотоны должны быть неразличимы, то есть иметь абсолютно одинаковый цвет и временной профиль. Это крайне сложно, когда фотоны приходят из разных мест.

«Никогда ранее кванты света (мельчайшие частицы, из которых состоит свет) не телепортировались из разных квантовых точек, потому что это огромная проблема», — объясняет Тим ​​Штробель, первый автор исследования.

Для этого команда использовала квантовые точки: крошечные «островки» полупроводникового материала, действующие как искусственные атомы.

Совместно с партнёрами из Дрездена и Саарландского университета они разработали чипы, способные генерировать практически идентичные фотоны, а также устройства для коррекции малейших цветовых различий между ними.

Как работает телепортация?

Речь идет не о телепортации материи, как в «Звездном пути» , а о мгновенной передаче информации (состояния) от одной частицы к другой.

1. Источник 1 генерирует фотон с сообщением (закодированным в его поляризации).

2. Источник 2 генерирует пару «запутанных» фотонов (невидимо связанных).

3. Один из запутанных фотонов движется навстречу фотону из Источника 1.

Интерферируя друг с другом, информация от первого фотона «волшебным образом» передается дальнему партнеру запутанной пары.

Профессор Петер Михлер, глава IHFG, отмечает, что этот успех — «важный шаг к преодолению больших расстояний».

Хотя текущий эксперимент проводился с 10-метровым волокном и достиг уровня успешности более 70%, команда уже работает над масштабированием технологии.

В предыдущих испытаниях они продемонстрировали, что квантовое соединение выдерживает 36-километровое расстояние через центр Штутгарта.

Этот прогресс демонстрирует, что основные компоненты сверхбезопасной глобальной сети — это уже не просто теория, а все более неизбежная техническая реальность.

источник