Екип от физици постави нов световен рекорд за предаване на квантова информация, като свърза два квантови паметни възела чрез 420-километров оптичен кабел. Експериментът демонстрира, че квантовата комуникация може да бъде мащабирана далеч отвъд един град.

Квантовото заплитане е феномен, при който свойствата на две или повече частици изглеждат взаимосвързани: измерването на едната от тях мигновено определя параметрите на другата, дори ако са на хиляди километри една от друга. Именно този ефект стои в основата на бъдещите квантови мрежи. Тяхното изграждане обаче изисква не само предаване на фотони, но и квантова памет – устройства за съхранение на квантова информация. В това изследване ролята на такава памет е изиграна от лазерно охладени облаци от рубидиеви атоми.

Системата се състои от два блока памет, условно наречени Алис и Боб, с 420-километров кабел между тях. В средата се намира възел, наречен Чарли, който приема фотони от двете страни. Когато Чарли регистрира желаната интерферентна картина, това означава, че между Алис и Боб е установено заплитане, въпреки че самите възли никога не са взаимодействали директно.

Успехът е постигнат чрез три ключови технически решения. Първо, фотоните, излъчвани от квантовата памет, са преобразувани във вълнови дължини в телекомуникационния диапазон, което значително намалява загубите на сигнал в оптичното влакно. Второ, разработена е стабилизираща система, която непрекъснато компенсира температурните колебания и вибрации, които могат да разрушат квантовата интерференция. Трето, вместо схема за заплитане с два фотона е използвана еднофотонна, което намалява изискванията за запазване на сигнала по целия път на предаване.

Особено важен резултат е преодоляването на така наречения PLOB лимит – фундаменталното физическо ограничение за скоростта на предаване на квантова информация без междинни ретранслатори. Започвайки от разстояние над 320 километра, системата демонстрира по-висок процент на успешно заплитане, отколкото би било възможно при директното предаване по същия кабел, според това ограничение.

„Нашият експеримент предоставя тестова платформа за изучаване на приложения на квантови мрежи отвъд мащаба на един град“, отбелязват авторите. Резултатите откриват практически път към изграждането на глобална квантова инфраструктура, способна да осигурява фундаментално сигурни комуникации.

Препоръчваме ви да се запознаете и с исторически пробив във физиката, където слънчевата светлина беше използвана за квантово заплитане.