Перспектива квантового интернета — революционной сети связи, которая по своей сути будет неуязвима для взлома — приблизилась к реальности благодаря крупному научному прорыву. Исследователи успешно соединили две квантовые сети, создав систему, способную безопасно соединять 18 человек, используя контринтуиционные принципы квантовой физики. Хотя это достижение представляет собой значительный технический рубеж, эксперты предостерегают, что масштабирование этой технологии для создания глобального квантового интернета сталкивается с огромными практическими трудностями.
Что такое квантовый интернет?
В отличие от сегодняшнего интернета, который передает классическую информацию, квантовый интернет будет передавать квантовую информацию с помощью частиц, называемых фотонами. Основой этой технологии является квантовая запутанность, явление, при котором частицы становятся связаны таким образом, что состояние одной мгновенно влияет на состояние другой, независимо от расстояния между ними. Это свойство может позволить:
- Неуязвимую связь: Информация, закодированная в квантовых состояниях, не может быть скопирована без обнаружения
- Распределенные квантовые вычисления: Квантовые компьютеры могут работать вместе на расстоянии
- Ультраточную сенсорные сети: Квантовые датчики могут быть связаны для беспрецедентной точности
Однако создание функциональной квантовой сети гораздо сложнее, чем строительство обычной сети. Квантовая запутанность является хрупкой, и поддержание ее на больших расстояниях требует передовых технологий. Квантовую информацию нельзя усилить, как классические сигналы — измерение квантовой частицы обычно разрушает ее деликатное состояние.
Прорыв: соединение квантовых сетей
Исследователи во главе с Сяньфэном Ченом из Шанхайского университета Цзяотун, продемонстрировали метод соединения двух независимых квантовых сетей в единую, объединенную систему. Их подход включал:
- Создание двух отдельных квантовых сетей, каждая из которых содержала 10 узлов (квантовых устройств)
- Обеспечение запутанности всех узлов в каждой сети друг с другом
- Принесение в жертву одного узла из каждой сети для установления запутанности между двумя системами
- Создание одной сети с 18 активными узлами, все пары из которых были связаны между собой
Это достижение демонстрирует важную возможность: объединение нескольких квантовых систем вместе. Как объяснил ведущий исследователь Чэнь: «Наш подход предлагает важную возможность для квантовой связи между различными сетями и является преимущественным для построения крупномасштабного квантового интернета, который позволяет общаться всем пользователям».
Как это работает?
Процесс, используемый для соединения сетей, называется обменом запутанностью. Вот что делает его сложным:
- Квантовая запутанность требует деликатных фотонных состояний
- Необходимое для обмена запутанностью измерение Белла разрушает измеренные фотоны
- Для поддержания точного времени измерений требуются передовые технологии
Как отмечает Саидхартх Джоши, эксперт по квантовой связи в Университете Бристоля: «Это не первый раз, когда обмен запутанностью демонстрировался… Что они сделали, это создание схемы, при которой обмен между сетями можно проводить более удобным способом».
Путь вперед: масштабирование проблем
Хотя техническое достижение впечатляет, масштабирование этого до глобальной сети сталкивается со значительными трудностями. Роберт Юнг, эксперт по квантовой технологии в Университете Ланкастер, предлагает осторожную перспективу: «Это так далеко от практичности, и это так далеко от того, что можно реализовать в реальном мире… Заявление в статье заключается в том, что это будущее того, как вы можете объединять квантовые сети, но есть так много проблем, которые нужно решить, чтобы достичь этого, что это разочаровывает».
Наиболее немедленная техническая проблема заключается в необходимости квантовых ретрансляторов. В отличие от классических сигналов, которые можно усилить, квантовые сигналы ослабевают с расстоянием и не могут быть усилены без разрушения квантовой информации. Юнг объясняет: «Практически, построение квантовой сети, мы знаем, что нам действительно понадобится какой-то вид квантового ретранслятора — чего эта демонстрационная сеть не учитывает».
Квантовый интернет: на годы вперед?
Несмотря на впечатляющее техническое достижение, исследователи признают стоящие перед ними проблемы. В своей статье они описывают свою работу как «важную возможность», но признают, что масштабирование до глобальных сетей потребует дополнительных прорывов.
Разработка представляет собой значительный шаг в правильном направлении, но как отмечает Саидхартх Джоши, эксперт по квантовой технологии, это решает только один аспект квантового головоломки интернета: «И соединение устройств на расстоянии, и объединение многих устройств — это очень важно».
Хотя мы все еще на годы (вероятно, десятилетия) от глобального полностью функционального квантового интернета, это достижение демонстрирует возможность соединения нескольких квантовых систем — важную возможность для будущего развития квантовых сетей связи.
