Китайские физики идут в квантовое будущее

🔬 Результаты исследования, в котором также приняли участие специалисты из Университета науки и технологий Китая под руководством Си-Юя Ло, Чао-Яна Вана и Мин-Яна Чжэна, опубликованы в авторитетном научном журнале Physical Review Letters.

⚛️ Ключевая сложность заключалась в том, что квантовые состояния крайне хрупки — фотоны затухают в оптоволокне, и сигнал неизбежно исчезает на больших расстояниях. Ранее ученым уже удавалось «запутывать» частицы на сотни километров, но для этого они использовали созданный ими квантовый спутник «Мо-Цзы». В новой работе эта задача была решена с помощью наземных линий оптоволоконной связи.

🛠️ Успех эксперимента держался на трех ключевых технических решениях. Во-первых, физики преобразовали излучаемые квантовой памятью фотоны в длины волн, используемые в телекоммуникациях, чтобы снизить потери при передаче по оптоволокну. Во-вторых, разработали систему стабилизации, непрерывно компенсирующую температурные колебания и вибрации, способные сбить квантовую интерференцию. В-третьих, применили схему запутывания на основе одного фотона вместо двух, что снизило требования к сохранности сигнала на всем пути. Кроме того, исследователи создали специальный модуль, позволяющий превращать фотоны из ближней части инфракрасного спектра в частицы света с длиной волны в 1,5 мкм, которые лучше всего передаются через магистральные оптические линии связи.

🌐 Система состояла из двух блоков квантовой памяти, названных Алисой и Бобом, разделенных 420-километровым оптоволоконным кабелем. Посередине располагался узел Чарли, принимающий фотоны от Алисы и Боба. Если Чарли фиксирует нужную интерференционную картину, это означает, что между Алисой и Бобом установлена запутанность, хотя те никогда не встречались физически. Более того, начиная с расстояния свыше 320 километров система достигла более высокой скорости успешной запутанности, чем позволял бы прямой перенос по тому же оптоволокну согласно так называемой границе PLOB — фундаментальному пределу передачи квантовой информации без повторителей.

🚀 «Квантовое запутывание на больших расстояниях очень важно для разработки масштабируемых систем связи, однако до настоящего времени из-за затухания сигнала данная дистанция была ограничена на отметке примерно в 100 км. Нам удалось преодолеть этот барьер и увеличить расстояние в четыре раза, что существенно продвигает человечество на пути к созданию глобального квантового интернета», — говорится в публикации. Ученые предполагают, что дальнейшее повышение эффективности работы преобразователей позволит им сформировать запутанность на еще большем расстоянии между узлами связи.