Эта дистанция в четыре раза больше предыдущего рекорда для систем наземной квантовой связи, пишут ученые в исследовании, опубликованном в научном журнале Physical Review Letters.
«Квантовое запутывание на больших расстояниях очень важно для разработки масштабируемых квантовых 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 это расстояние в четыре раза, что существенно продвигает человечество на пути к созданию глобального квантового интернета», — говорится в публикации.
Данный рекорд установила группа китайских физиков под руководством профессора Научно-технологического университета Китая (Хэфэй) Паня Цзяньвэя, одного из ведущих мировых разработчиков систем квантовой связи. В прошлом ученым уже удавалось «запутать» частицы, удаленные друг от друга на сотни километров, однако для этого они использовали созданный ими квантовый спутник «Мо-Цзы».
В новой работе эту задачу решили при помощи наземных линий оптоволоконной связи, для чего объединили сразу несколько подходов, позволяющих снизить затухание сигнала. В частности, физики научились формировать запутанность не напрямую, а через ячейки квантовой памяти, а также создали подход, позволяющий очень эффективно стабилизировать фазовые характеристики фотонов, используемых для связывания этих квантовых объектов.
Также исследователи создали специальный модуль, позволяющий превращать фотоны из ближней части инфракрасного спектра, с которыми обычно работают ячейки квантовой памяти, в частицы света с длиной волны в 1,5 мкм, которые лучше всего передаются через магистральные оптические линии связи. Все это позволило физикам резко уменьшить уровень шумов и потерь, а также дало им возможность использовать одиночные фотоны для образования полноценной квантовой запутанности.
В результате этого китайским физикам удалось добиться устойчивого образования квантовой запутанности между двумя узлами связи, которые были соединены друг с другом при помощи наземного оптоволоконного канала связи общей длиной в 420 км. При этом ученые предполагают, что дальнейшее повышение эффективности работы преобразователей позволит им сформировать квантовую запутанность на еще большем расстоянии между узлами связи, что существенным образом расширит возможные пути к созданию полноценного квантового интернета.