Чтобы вывести квантовые сети на рынок, инженеры должны преодолеть хрупкость запутанных состояний в оптоволоконном кабеле и обеспечить эффективность доставки сигнала. Американские инженеры из Qunnect сделали большой шаг в этом направлении, запустив первую в мире экспериментальную квантовую сеть прямо под улицами Нью-Йорка, сообщает Phys.org.
Хотя раньше ученые уже передавали запутанные частицы света по оптоволоконным кабелям, эти эксперименты были нестабильными. Сильные помехи и другие эффекты быстро разрушали квантовую связь. Поэтому создать надежную квантовую сеть было сложно.
Для своего прототипа сети исследователи Qunnect задействовали арендованную 34-километровую оптоволоконную цепь, которую они назвали GothamQ loop. Используя поляризационно-запутанные фотоны, они эксплуатировали контур в течение 15 дней. В итоге удалось достичь безотказной работы на 99,84% и коэффициента компенсации 99% для запутанных пар фотонов, передаваемых со скоростью 20 000 в секунду. При полумиллионе запутанных пар фотонов в секунду точность все еще составляла почти 90%.
Поляризация фотона определяется направлением его электрического поля. Наиболее наглядно это явление демонстрируют поляризационные фильтры, например, в очках. Такие фильтры пропускают свет только определенной поляризации, что позволяет уменьшить блики, отраженные от различных поверхностей. Поляризованными фотонами можно управлять, они легко измеряются, поэтому их активно используют в квантовых технологиях.
Квантовая запутанность — это явление, когда две или более частицы становятся взаимосвязаны таким образом, что измерение состояния одной мгновенно определяет состояние другой, независимо от расстояния между ними.
В конструкции Qunnect инфракрасный фотон с длиной волны 1324 нанометра запутывается с ближним инфракрасным фотоном с длиной волны 795 нм. Фотон с длиной волны 795 нм хорошо подходит для взаимодействия с атомами рубидия, часто применяемыми в квантовой памяти.
Процесс включает прохождение световых пучков через рубидиевую ячейку, где возбуждаются атомы, и возникают запутанные пары фотонов. Эти пары, обладающие запутанной поляризацией, отправляются по оптоволоконным кабелям. Однако поляризация может изменяться из-за внешних воздействий, таких как вибрации и изменения температуры.
Для решения этой проблемы команда создала устройства автоматической компенсации поляризации (APC). Они измеряли дрейф поляризации на разных расстояниях, а затем использовали APC для корректировки запутанных пар фотонов, обеспечивая их стабильную передачу по оптоволокну.
Компания видит в этом большой шаг к созданию полностью автоматизированной сети квантовой запутанности, необходимой для квантового интернета. По словам разработчиков, все компоненты системы уже готовы к коммерческому использованию и объединены в модуль Qu-Val.
Ранее ИИ решил одну из самых сложных задач квантовой химии.
