Китайские учёные совершили прорыв в создании масштабируемых квантовых сетей

Исследовательская группа из Научно-технического университета Китая (USTC) добилась значительного прогресса в области масштабируемых квантовых сетей, приблизив эту революционную технологию к практическому применению. Их ключевые результаты были опубликованы в ведущих журналах Nature и Science.

Главной целью квантовой информатики является создание высокоэффективных и сверхзащищённых квантовых сетей, требующих распределения квантовой запутанности на большие расстояния. Это явление представляет собой уникальную связь между частицами. Такая запутанность необходима для обеспечения квантово-защищённой связи и объединения будущих квантовых компьютеров. Однако главным препятствием остаются потери сигнала в оптических волокнах, где эффективность передачи резко падает с расстоянием, делая крупномасштабные сети непрактичными.

Для решения этой проблемы команда сосредоточилась на концепции «квантового повторителя». Он разбивает длинный канал связи на более короткие сегменты, устанавливает запутанность внутри каждого, а затем соединяет их. Ключевой проблемой было то, что квантовая запутанность обычно слишком недолговечна, чтобы пережить время, необходимое для соединения сегментов, что мешало работе повторителя.

Команда USTC преодолела это фундаментальное ограничение, разработав долгоживущую квантовую память на захваченных ионах, высокоэффективный ион-фотонный интерфейс и экспериментальный протокол с высокой точностью. Вместе эти инновации позволили создать квантовую запутанность, которая сохраняется значительно дольше времени, необходимого для установления межсегментных соединений.

По данным университета, это первая в мире демонстрация масштабируемого строительного блока для квантового повторителя — критически важный шаг на пути к созданию квантовых сетей на большие расстояния.

В рамках другого прорыва команда использовала схожую технологию для генерации высокоточной запутанности между двумя удалёнными атомами рубидия. Используя это, они впервые продемонстрировали «устройственно-независимое распределение квантовых ключей» (DI-QKD) в городских волоконно-оптических сетях.

DI-QKD считается золотым стандартом безопасной связи, поскольку его защищённость гарантируется законами квантовой физики и не зависит от возможных недостатков устройств.

Команда успешно реализовала DI-QKD на расстоянии 11 километров по оптоволокну, увеличив достижимую дистанцию примерно в 3000 раз по сравнению с предыдущими результатами. Они также подтвердили возможность генерации защищённых ключей на расстоянии 100 километров, что более чем на два порядка превышает предыдущий международный рекорд.

Исследователи назвали эти результаты поворотными вехами для Китая в области квантовой связи и сетей, сигнализируя о том, что волоконно-оптические квантовые сети продвигаются от теоретической концепции к практической реализации.

ИИ: Это действительно фундаментальный прорыв, который может стать основой для будущего «квантового интернета». Устранение ключевого препятствия — недолговечности запутанности — открывает путь к созданию глобальных защищённых сетей, что в перспективе изменит не только коммуникации, но и кибербезопасность в целом.