Американски учени демонстрираха разпространението на квантовата заплетеност в условията на реална телекомуникационна мрежа — по оптичен кабел с дължина 24 km, по който едновременно се предаваше и обикновен интернет трафик. Експериментът показа, че квантовите сигнали могат да съжителстват с търговските данни във вече съществуващата инфраструктура, без да е необходимо прокарването на отделни мрежи.

Изследването беше проведено от група учени под ръководството на Према Кумар от Северозападния университет. Те успяха да предадат един от заплетените фотони по 24,4-km оптичен кабел от университетския кампус в Еванстън до центъра на Чикаго, докато по същия кабел преминаваха високоскоростни телекомуникационни данни. Точността на запазване на квантовото състояние надхвърли 94%.

Основата на квантовите мрежи не са обикновените битове със стойности 0 или 1, а кубитите. Те могат да се намират в състояние на заплитане: частиците остават свързани една с друга, дори ако са разделени на разстояние. На този принцип се основават квантовата телепортация и защитената връзка. Основното предизвикателство тук е уязвимостта на единичните фотони, които пренасят информацията, към смущения. Дори слаб оптичен шум може да заглуши отделните фотони, използвани за кодиране на квантовата информация.

„Квантовите сигнали са много слаби в сравнение с класическите сигнали. Това е като мравка, вървяща по пътека, пълна със слонове“,

отбеляза Кумар.

За разлика от обичайните канали за комуникация, където се използват милиони фотони, квантовите системи работят с отделни частици светлина, които лесно се губят сред мощните потоци от данни.

Технологията

За да защитят квантовия сигнал, изследователите са използвали отделен участък от оптичния спектър — по-„спокойния“ O-диапазон, където нивото на смущенията е по-ниско. Обичайният интернет трафик при това се е предавал в C-диапазона, който се използва широко в телекомуникациите. Освен това учените са приложили специални филтри и системата за синхронизация White Rabbit, която е позволила да се съгласува работата на двата възела с точност до пикосекунди.

По време на експеримента по същия кабел се предаваха два търговски канала за връзка със скорост от 800 Gbit/s всеки. Според изследователите инфраструктурата потенциално би могла да поддържа до 36 Tbit/s обикновени данни — приблизително толкова, колкото е необходимо за едновременното предаване на 20 млн. видеоклипа в YouTube.

Резултатите приближават създаването на практични квантови мрежи, които ще могат да работят върху съществуващия интернет. Следващата стъпка на екипа ще бъде демонстрация на квантова телепортация в реална градска мрежа. Първо е необходимо да се натрупа опит в стабилното разпределяне на заплитането, а след това то да се използва за предаване на квантова информация.

Успешният тест е важна стъпка към създаването на глобален квантов интернет, който ще свързва квантовите компютри и ще осигурява неразбиваемо ниво на сигурност за банковия сектор, държавните институции и критичната инфраструктура.