Можливо, така технологія дасть змогу з’єднати квантові комп’ютери в єдину мережу.
Можливість обмінюватися квантовою інформацією має вирішальне значення для розробки квантових мереж. Квантові комп’ютери можуть перевершити аналогові в тисячі разів.
Квантові ж обчислення будуть корисними для розв’язання багатьох важливих завдань: наприклад, оптимізація фінансових ризиків, розшифровка даних, проєктування молекул і вивчення властивостей матеріалів.
Однак у них є слабкі місця: квантова інформація може бути втрачена під час передачі на великі відстані. Один зі способів подолати це – розділити мережу на більш дрібні сегменти й зв’язати їх усі загальним квантовим станом. Тобто потрібен засіб для зберігання квантової інформації та її повторного вилучення – пристрій квантової пам’яті.
Дослідники з Імперського коледжу Лондона вперше створили систему, яка з’єднує ці два ключові компоненти та використовує звичайне оптоволокно для передачі квантових даних. Результати опубліковані в Science Advances.
У звичайних телекомунікаціях, таких як Інтернет або телефонні лінії, інформація теж може бути втрачена на великих відстанях. Щоб боротися з цим, використовують ретранслятори, які зчитують і повторно підсилюють сигнал. Однак класичні ретранслятори не можна використовувати з квантовою інформацією, оскільки будь-яка спроба прочитати та скопіювати інформацію призведе до її знищення. З одного боку, це перевага, оскільки її неможливо «перехопити», не знищивши й не попередивши користувачів. Однак для створення квантових мереж на великих відстанях це проблема.
Один зі способів вирішення – поділитися квантовою інформацією через заплутані частинки світла (фотони). Заплутані фотони мають спільні властивості. Щоб передати заплутаність частинки на великих відстанях у квантовій мережі, потрібні два пристрої: один для створення заплутаних фотонів, а інший для їхнього зберігання та можливості подальшого вилучення інформації про стан цих частинок.
Уже існує кілька пристроїв, які використовуються для створення квантової інформації у вигляді заплутаних фотонів та її зберігання, але генерація цього стану на вимогу та наявність сумісної квантової пам’яті для їхнього зберігання до цього не створювалися. Фотони мають певні довжини хвиль, але пристрої для їх створення та зберігання часто налаштовуються на роботу з різними довжинами.
Автори нового дослідження створили систему, в якій обидва пристрої використовували одну й ту саму довжину хвилі. Квантова точка виробляла незаплутані фотони, які потім передавалися в систему квантової пам’яті, яка зберігала їх у хмарі атомів рубідію. Лазер вмикав і вимикав пам’ять, даючи змогу фотонам зберігатися і вивільнятися на вимогу.
Довжина хвилі цих двох пристроїв не тільки збігається, а й перебуває на тій самій довжині хвилі, що й телекомунікаційні мережі, які використовуються сьогодні. Це дає змогу передавати дані звичайними оптоволоконними кабелями. Хоча квантова пам’ять вже була створена і до цього, нове дослідження дало перший доказ того, що пристрої можуть взаємодіяти на довжинах хвиль звичайних телекомунікаційних систем.