Ученые из Университета Пенсильвании успешно протестировали квантовую сеть, развернув ее на стандартных оптоволоконных линиях связи и используя протокол IP, который обычно используется для передачи данных в интернете.
Квантовые сигналы используют явление квантовой запутанности, при котором состояние одной частицы немедленно влияет на состояние другой, вне зависимости от расстояния между ними. В отличие от классических сигналов, состоящих из обычных световых потоков, квантовые состояния нарушаются при наблюдении. Именно поэтому создание квантовых сетей, позволяющих передавать информацию без потерь, представляет собой сложную задачу.
Для решения обозначенной проблемы авторы исследования разработали чип Q-Chip (сокращение от Quantum-Classical Hybrid Internet by Photonics — квантово-классический гибридный интернет на фотонной основе). Данный кремниевый чип предназначен для координации классических и квантовых сигналов. Классический сигнал передается впереди квантового. Классический «заголовок» может быть измерен для маршрутизации, при этом квантовая часть остается нетронутой. Измерение заголовка не влияет на содержимое, но гарантирует доставку информации.
Проверка работоспособности проводилась в оптоволоконной сети Verizon, расположенной на территории университетского кампуса. Эта сеть связывает два здания кабелем протяженностью приблизительно в километр. В условиях, имитирующих реальную среду с помехами и колебаниями, чип обеспечил сохранение целостности передаваемых квантовых сигналов на уровне более 97%, что превышает необходимый порог для обеспечения надёжной квантовой коммуникации.
Разработанный авторами метод исправления ошибок основан на наблюдении, что классические помехи в заголовке оказывают влияние на квантовый сигнал аналогичным образом. Благодаря возможности измерения классического сигнала без повреждения квантового состояния, исследователи рассчитывают требуемые корректировки, не воздействуя на квантовое состояние.
Продемонстрировав, что интегрированный чип способен управлять квантовыми сигналами в действующей коммерческой сети, например, Verizon, и при этом использовать стандартные протоколы классического интернета, мы приблизились к проведению масштабных экспериментов и созданию реального квантового интернета
отметил старший автор работы, профессор материаловедения и электротехники Лян Фэн
Представленная демонстрация прокладывает дорогу к созданию масштабируемой квантовой сети, использующей существующую инфраструктуру. Квантовая сеть способна обеспечить исключительно защищенную связь и выполнять сложные вычисления, которые не под силу обычным сетям. Чип создан из кремния с использованием стандартных производственных процессов, что позволяет осуществлять его массовое изготовление. В дальнейшем авторы намерены увеличить сеть, подключив к ней несколько узлов и серверов для проведения дополнительных испытаний.