Китайские физики разработали первый полноценный повторитель квантовой связи

Ученые из КНР разработали и впервые протестировали полноценный повторитель квантовых сигналов. Прибор усиливает сигнал, не разрушая его квантовое состояние. Теоретические обоснования работы исследователи опубликовали в журнале Nature.

Одним из основных недостатков работы современных систем квантовой связи является постепенное угасание света при движении через оптоволокно. Из-за этого при использовании наземных систем передачи данных расстояние между узлами квантовых сетей пока не превышает нескольких сотен километров, передает ТАСС.

Для решения этой проблемы, ученые конструируют «повторители квантовых сигналов» – приборы, которые могут считать поступающие в них квантовые сигналы, усиливать их и отправлять адресату, не нарушая целостности данных. Такие устройства крайне сложны в конструировании, поскольку для их создания необходимо создать «квантовую память» – устройство, которое может долгое время хранить в себе квантовое состояние частиц света, передаваемых внутри сети.

Ранее исследователи уже создавали прототипы ячеек квантовой памяти с помощью холодных атомов, ионов и «облаков» из них. Опыты быстро показали, что данные приборы не пригодны для квантовых повторителей. Причинами стали низкая скорость работы и несовместимость с существующими системами квантовой связи.

В ходе дальнейших экспериментов китайские ученые поняли, что можно протестировать другой тип квантовой памяти. Ячейки этого типа поглощают фотоны из внешней среды и в процессе работы оперируют ими. Они, в отличие от «облаков» атомов, не вырабатывают частицы света самостоятельно. Физики увидели, что кристаллы некоторых редкоземельных элементов, которые могут взаимодействовать только с частицами света с определенным типом поляризации, показывают подобную реакцию.

Профессор Китайского научно-технологического университета Цзунцюань Чжоу и его сотрудники использовали данные кристаллы. С их помощью физики сконструировали два повторителя квантовых сигналов. Каждый из них состоит из ячейки квантовой памяти и источника запутанных фотонов, а также специального устройства для проверки квантового состояния частиц.

Опытным путем было доказано, что ячейки памяти верно сохраняли в себе сигнал и с успехом передавали его далее в 80% случаев.

Физики планируют продолжить исследование в целях улучшения качества работы излучателей и увеличения емкость ячеек памяти. Если ученым удастся добиться ускорения работы повторителей, это позволит использовать их для одновременной работы сразу с несколькими квантовыми сетями, что, в свою очередь, способствует созданию полноценного высокоскоростного «квантового интернета».