Квантовый интернет стал ближе: учёные телепортировали информацию на основе света

Квантовая телепортация от телекоммуникационных фотонов к ансамблям ионов эрбия. Автор: Группа профессора Сяо-Сон Ма из Нанкинского университета.

Квантовая телепортация — это удивительный процесс передачи квантового состояния частицы на расстояние без её физического перемещения. Эта технология может стать основой для создания так называемого «квантового интернета» — сети, позволяющей безопасно и мгновенно передавать квантовую информацию между устройствами.

Хотя квантовая телепортация не является новой концепцией (её уже демонстрировали в прошлом), большинство экспериментов ранее использовали преобразование частот, а не работу в телекоммуникационном диапазоне.

Исследователи из Нанкинского университета впервые продемонстрировали телепортацию фотонного кубита (квантового бита, закодированного в свете) на телекоммуникационной длине волны в квантовую память. Их работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, открывает новые возможности для создания масштабируемых квантовых сетей и, возможно, квантового интернета.

«Квантовая телепортация всегда была увлекательным протоколом в квантовой связи благодаря своей способности передавать квантовые состояния без их раскрытия», — пояснил Сяо-Сон Ма, ведущий автор исследования. — «Для увеличения дальности передачи состояний критически важно интегрировать квантовую память в систему квантовой телепортации».

Главной целью исследования было успешное внедрение твердотельной квантовой памяти телекоммуникационного диапазона в систему квантовой телепортации. Такая память позволяет хранить передаваемую квантовую информацию и распределять запутанные частицы по сети.

Квантовые сети используют «повторители» — устройства, разбивающие передачу информации на более короткие сегменты. Квантовая память на концах этих сегментов может временно хранить информацию, пока устанавливается запутанность между узлами, что в перспективе позволит передавать данные на большие расстояния.

«Мы использовали пять систем для эксперимента, включая подготовку входного состояния, источник EPR для генерации запутанных фотонных пар, измерение состояния Белла и квантовую память на основе ионов эрбия», — рассказал Ма.

Работа команды демонстрирует, что квантовую информацию можно передавать с использованием устройств и длин волн, совместимых с современными телекоммуникационными стандартами. Это важный шаг к созданию надёжного квантового интернета.

«Наше исследование впервые показало квантовую телепортацию от телекоммуникационных фотонов к твердотельной квантовой памяти на основе ионов эрбия», — добавил Ма. — «Вся система идеально совместима с существующими оптоволоконными сетями».

В будущем учёные планируют улучшить параметры квантовой памяти, увеличив время хранения информации и эффективность её работы.

Дополнительная информация: Yu-Yang An et al, Quantum Teleportation from Telecom Photons to Erbium-Ion Ensembles, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/3wh8-2gh1.