Создание работающего квантового интернета потребует преодоления множества технических трудностей, но исследователи, построившие одну из самых передовых квантовых сетей на сегодняшний день, утверждают, что это возможно.
Квантовый интернет может обеспечить безопасную связь по всему миру sakkmesterke / Alamy
Одна из самых сложных квантовых сетей, созданных на сегодняшний день, позволит 18 людям безопасно общаться благодаря возможностям квантовой физики. Исследователи, стоящие за этой работой, утверждают, что она открывает практический путь к созданию глобального квантового интернета, но другие относятся к ней скептически.
Долгожданный квантовый интернет позволит квантовым компьютерам общаться на расстоянии, обмениваясь частицами света, называемыми фотонами, связанными между собой квантовой запутанностью. Он также позволит объединять сети квантовых датчиков, а классическим компьютерам — отправлять и получать сообщения, не поддающиеся взлому. Но соединить квантовый мир воедино не так просто, как проложить кабели, поскольку обеспечение возможности запутывания одного узла сети с другим — сложная задача.
Сяньфэн Чэнь из Шанхайского университета Цзяотун (Китай) и его коллеги продемонстрировали, как соединить две квантовые сети. Сначала они построили две сети, каждая из которых состояла из 10 узлов, каждая из которых обладала квантовой запутанностью – фактически, две миниатюрные версии квантового интернета. Затем они пожертвовали одним узлом из каждой сети, чтобы объединить их в одну большую, полностью запутанную сеть, в которой каждая пара из 18 оставшихся узлов могла взаимодействовать.
Объединение в сеть 18 классических компьютеров было бы простой задачей, требующей лишь чрезвычайно дешёвых компонентов, но в квантовом мире это подразумевает обмен отдельными фотонами между несколькими пользователями с такой высокой точностью синхронизации, что это требует передовых технологий и опыта. Даже взаимодействие между двумя устройствами — сложная задача, но возможность общения любой пары из 18 пользователей — беспрецедентна.
«Наш подход открывает важнейшие возможности для квантовой коммуникации в различных сетях и выгоден для создания крупномасштабного квантового интернета, обеспечивающего связь между всеми пользователями», — пишут исследователи, не ответившие на просьбу прокомментировать ситуацию, в статье о своей работе.
Такое слияние сетей, как его описывают исследователи, требует процесса, называемого обменом запутанностью. Фотоны можно сделать квантово запутанными, проведя особое наблюдение, называемое измерением Белла. Одновременное измерение состояния одного фотона из каждой из двух пар запутанных фотонов эффективно связывает два самых удалённых фотона в цепочке, но при этом расходуются измеренные фотоны, поскольку любая попытка напрямую проверить их состояние нарушает хрупкое квантовое равновесие.
«Это не первый случай демонстрации обмена запутанностью», — говорит Сиддарт Джоши из Бристольского университета, Великобритания. «Они создали схему, позволяющую осуществлять обмен между сетями более удобным способом».
Джоши говорит, что исследования квантовых коммуникаций в настоящее время разделены между передачей информации между двумя устройствами на всё большие расстояния, иногда даже с одним из них на спутнике, и попытками создания протоколов и методов для надёжного сетевого взаимодействия множества устройств на коротких расстояниях. Данное исследование относится ко второму направлению. «Оба эти направления очень важны», — говорит он.
Однако Роберт Янг из Ланкастерского университета (Великобритания) утверждает, что, хотя результат представляет собой феноменальное техническое достижение, потребовавшее мастерства и огромных ресурсов, он полагает, что стоимость и сложность не позволяют использовать его в качестве прототипа для будущих широкомасштабных квантовых сетей.
«Это настолько далеко от практического применения и настолько далеко от того, что можно было бы реализовать в реальном мире», — говорит Янг. «В статье утверждается, что это будущее синтеза квантовых сетей, но на пути к этому возникает так много трудностей, что это просто огорчает».
Одна из проблем заключается в необходимости так называемых квантовых повторителей для передачи информации на большие расстояния. Фотоны всё чаще теряются в оптоволоконных кабелях по мере увеличения расстояния, а поскольку квантовую информацию невозможно считать и передать повторно (измерение разрушает состояние фотонов), сигналы невозможно усилить на их пути. Работающий квантовый повторитель позволил бы передавать сигналы на большие расстояния, но создание таких устройств оказалось непростой задачей.
«На практике, строя квантовую сеть, мы знаем, что нам действительно понадобится некая форма квантового повторителя», — говорит Янг, — но эта демонстрация сети этого не решает.
Nature Photonics DOI: 10.1038/s41566-025-01792-0
Источник: www.newscientist.com
