Квантовая запутанность на 30 милях волокна приближает появление сверхбезопасного интернета

Лабораторные испытания предполагают, что возможно создание надёжного квантового интернета между городами.

Альберт Эйнштейн не хотел иметь ничего общего с этой концепцией. Он высмеивал странное понятие квантовой запутанности и называл её жутким действием на расстоянии. Спустя 100 лет пугающее Энштейна привидение может помочь создать более безопасный интернет. Произойдёт это благодаря методу установки узлов на волоконные кабели.

Запутанность означает, что благодаря квантовой суперпозиции объект может находиться в многочисленных состояниях. Как кот Шрёдингера, одновременно живой и мёртвый. Этой суперпозицией можно поделиться с другим объектом. Теоретически эти объекты будут поддерживать данную связь, даже если они разделены. Измерение одного позволяет узнать состояние другого вне зависимости от расстояния между ними.

Интересует это не только квантовых физиков. Квантовый интернет обеспечил бы сверхнадёжную связь при передаче сообщений. Например, можно зашифровать пару цифровых ключей, что известно как квантовое распределение ключей (QKD). Если у двух человек есть эти ключи, они могут общаться друг с другом без опасений, что их подслушают. Чтобы подслушать, нужно поменять состояние ключей, что будет обнаружено.

QKD полагается на измерение состояния ключей с квантовым шифрованием. Это измерение может быть затронуто состоянием принимающих и передающих устройств. Таким образом, нужно знать их точно физическое состояние. Это непрактично, поскольку даже крохотные физические флуктуации могут внести погрешность в измерения.

Именно поэтому причуды квантового запутывания привели к созданию более интересного метода применения. Запутывание в нём осуществить намного труднее, но в долгосрочной перспективе это может обеспечить более полезный квантовый интернет, нежели квантовые ключи. Запутывая узлы в сети, вы устанавливаете связь между запутанными частицами, которые обходят сами устройства. В результате не нужно знать их точное физическое состояние, что нереалистично.

По крайней мере, в теории. На практике запутывание тоже требует идеальных условий. Квантовые системы чувствительны к малейшим нарушениям. Изменение температуры или минимальное движение может всё испортить. Эксперимент 2015 года показал, что квантовое запутывание работает на расстоянии чуть менее мили. С тех пор исследователи разделили запутанные частицы, отправляя их по волоконным кабелям и даже через спутники и обратно. Надёжность при этом была очень низкая.

В журнале Nature Пан Жан-Вей из научно-технологического института Китая и его коллеги описывают эксперимент, где они продемонстрировали запутывание на расстоянии более чем 30 миль. Применялись катушки из волокна в лабораторных условиях и ошибок передачи было меньше, чем в прошлых экспериментах. Это большой шаг вперёд, считает Пан Жан-Вей, которого иногда называют отцом кванта.

Чтобы такой эксперимент стал возможным, нужно было найти эффективные способы запутывания двух частиц. Использовался неподвижный атом и фотон, которые отправляли по волокну. Было обнаружено, что можно создать запутанную пару узлов намного надёжнее, чем в прежних экспериментах. Эксперимент с расстоянием в милю превзошли на 5 порядков.

Насколько важен этот результат? Специалист центра квантовых исследований и квантовых вычислений в Нидерландах Стефани Венер считает его интересным, но не особо прорывным. В исследовании применяли катушки волокна длиной 30 мм, что требует высокого уровня контроля над всей системой. Продемонстрировать запутывание между двумя узлами в одном месте намного проще, чем если бы они на самом деле были на расстоянии 30 миль.

Впрочем, расстояние является лишь одним параметром. Команда исследователей заявляет, что их установка намного надёжнее, чем прежние примеры. Это закладывает основы для реального квантового интернета. Показав результат с катушками, они надеются добиться такого же результата на прямой линии. Разработанные в данном случае методы уже в ближайшем будущем могут использоваться при создании квантовых сетей между городами.