Китайские лаборатории совершили немыслимое: масштабный эксперимент открывает эпоху квантового интернета

Физики из Восточно-Китайского педагогического университета под руководством Цзетая Цзина совершили рывок в технологиях квантовой связи. Им удалось телепортировать информацию одновременно по 100 независимым каналам. В качестве тестового объекта ученые использовали изображение из 100 пикселей.

Телепортация без фантастики: как это работает

Несмотря на громкое название, квантовая телепортация не имеет отношения к мгновенному перемещению материи в пространстве. Речь идет о передаче квантового состояния от одной частицы к другой на расстоянии. Этот процесс опирается на явление квантовой запутанности, когда две частицы остаются связанными друг с другом, даже если их разделяют километры. Изменяя состояние одной, ученые мгновенно меняют состояние второй.

За последние десятилетия физики научились телепортировать состояния фотонов и атомов на огромные расстояния, включая передачу данных со спутника на Землю. Однако до сих пор главной проблемой оставалась скорость и объем передаваемых данных. Большинство систем работали только с одним каналом связи, что крайне мало для создания полноценного квантового интернета будущего.

Почему 100 каналов — это важно

Для создания работающих сетей связи критически важна пропускная способность. Если строить систему по старым чертежам, то для каждого нового канала связи потребовались бы отдельный источник запутанных частиц, своя система детекторов и громоздкая управляющая электроника. С увеличением числа каналов такая установка стала бы слишком сложной и дорогой.

Китайские ученые решили задачу иначе. Вместо того чтобы собирать 100 отдельных установок, они создали единую оптическую систему, работающую со световой решеткой 10 на 10. В этой структуре каждый элемент — это отдельный информационный канал, который обрабатывается параллельно с остальными без участия сложной электроники.

Эксперимент с буквой "Q"

Чтобы проверить надежность метода, физики закодировали изображение буквы "Q" в виде сетки из 100 световых пучков (мод), где каждый пучок выполнял роль пикселя. Задача заключалась в том, чтобы передать квантовые параметры каждого пикселя из одной точки в другую.

Точность копирования в квантовой физике измеряется показателем фиделити (от 0 до 1). Чем выше число, тем меньше искажений. Ученые получили следующие результаты:

• Средняя точность передачи изображения составила 0,60.
• Максимально возможная точность при передаче обычным (не квантовым) способом в таких условиях ограничена отметкой 0,52.
• Квантовый метод превзошел классический предел во всех 100 каналах одновременно.

Хотя цифра 0,60 кажется далекой от идеала, для квантовых систем такого масштаба это доказательство того, что технология работает и обходит ограничения классической физики.

Что это даст в будущем

Главное преимущество новой архитектуры — масштабируемость. Физикам больше не нужно множить оборудование для расширения сети. Сейчас возможности системы ограничены мощностью лазера (около 1 ватта), но при использовании более мощных излучателей количество каналов можно увеличить в разы.

Разработка китайских физиков станет основой для создания гибких и высокоскоростных линий квантовой связи, которые практически невозможно взломать. В отличие от традиционных сетей, квантовые каналы позволяют немедленно обнаружить любую попытку перехвата информации, так как вмешательство постороннего наблюдателя мгновенно разрушает передаваемое состояние.