Инженеры передали квантовые сигналы по стандартному интернет-протоколу

Аспирант Йичи Чжан с оборудованием для генерации и отправки квантового сигнала по оптоволоконным кабелям Verizon. Автор: Сильвия Чжан

Инженеры Пенсильванского университета впервые провели эксперимент по передаче квантовых сигналов по коммерческим оптоволоконным кабелям с использованием стандартного интернет-протокола (IP). Исследование опубликовано в журнале Science.

Команда разработала миниатюрный «Q-chip», который координирует квантовые и классические данные, используя тот же язык, что и современный интернет. Это открывает путь к созданию практического «квантового интернета», который, по мнению учёных, может стать столь же преобразующим, как и начало интернет-эры.

Квантовые сигналы основаны на запутанных частицах — изменение одной мгновенно влияет на другую. Это свойство позволит квантовым компьютерам объединяться для решения сложных задач, таких как разработка новых лекарств или создание более эффективного ИИ.

Эксперимент показал, что чип не только передаёт квантовые сигналы, но и автоматически корректирует шумы, объединяет квантовые и классические данные в стандартные интернет-пакеты и маршрутизирует их с помощью той же системы адресации, что и обычные устройства.

«Показав, что интегрированный чип может управлять квантовыми сигналами в живой коммерческой сети, используя те же протоколы, что и классический интернет, мы сделали ключевой шаг к масштабным экспериментам и практическому квантовому интернету», — говорит профессор Лян Фэн, старший автор статьи.

Часть оборудования, используемого для создания узла квантовой сети. Автор: Сильвия Чжан

Преодоление препятствий

Основная сложность масштабирования квантовых сетей заключается в том, что измерение квантовых частиц разрушает их состояние. Команда обошла это препятствие, разработав систему, где классический сигнал движется чуть впереди квантового.

«Классический «заголовок» действует как локомотив поезда, а квантовая информация следует позади в герметичных контейнерах. Вы не можете открыть контейнеры, не разрушив содержимое, но локомотив гарантирует, что весь поезд добирается до нужного места», — объясняет Йичи Чжан, первый автор статьи.

Лян Фэн и аспирант Роберт Броберг. Автор: Сильвия Чжан

Адаптация к реальным условиям

Коммерческие сети сталкиваются с изменениями температуры, вибрациями и другими помехами. Исследователи разработали метод коррекции ошибок, который использует классический сигнал для вывода необходимых поправок к квантовому сигналу без его измерения.

В тестах система поддерживала точность передачи выше 97%, преодолевая шумы, которые обычно разрушают квантовые сигналы вне лаборатории. Кремниевый чип может производиться массово с использованием стандартных техник.

Узел квантовой сети. Автор: Сильвия Чжан

Будущее квантового интернета

Главным барьером для масштабирования за пределами метрополитенных областей остается невозможность усиливать квантовые сигналы без разрушения их запутанности (entanglement). Однако исследование Пенна показывает, как чип может передавать квантовые сигналы по существующему коммерческому оптоволокну с использованием интернет-маршрутизации и динамического переключения (switching).

«Это ощущается как ранние дни классического интернета в 1990-х, когда университеты впервые подключили свои сети. Квантовый интернет имеет тот же потенциал», — говорит Роберт Броберг.

Йичи Чжан проверяет источник квантового сигнала. Автор: Сильвия Чжан

Больше информации: Yichi Zhang et al, Classical-decisive quantum internet by integrated photonics, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adx6176