Пробивът на учени от Илинойс елиминира нуждата от специална инфраструктура и ускорява усъвършенстването на сензорните технологии и квантовите изчисления
Квантова телепортация чрез оптични кабели, които иначе се използват за пренос на интернет, са успели да осъществят учени от Северозападния университет в Евънстън, Илинойс. За революционното постижение съобщиха самите те в декемврийското издание на научния журнал Optica.
“Това е невероятно вълнуващо, защото никой не смяташе, че е възможно”, казва ръководителят на проекта Прем Кумар от Центъра за фотонна комуникация и компютри пред Northwestern Now. Когато говори за досегашната невъзможност, Кумар визира широко разпространеното мнение, че класическа и квантова комуникация не могат да съществуват и работят в една и съща мрежа. Сега той и колегите му най-после успяват да постигнат това в проект, подкрепен от американското Министерство на енергетиката, и са убедени, че са на прага на създаване на следващо поколение квантови мрежи. Откритието проправя път за квантови изчисления и усъвършенствани сензорни технологии.
Какво е квантова телепортация и как работи
Допреди десетилетия се смяташе, че телепортацията е научна фантастика. Първият пример за мигновено транспортиране на материя от едно място на друго се случва в роман от 1897 г. Фред Т. Джейн разказва в “До Венера за пет секунди: Разказ за странното изчезване на Томас Плъмър” как героят се транспортира до другата планета и какво преживява там.
Години по-късно и други писатели и режисьори се състезават да измислят интригуващи сюжети за хора и събития, които се случват на едно място, а всъщност са на друго. Самият термин “телепортация” се появява за първи път през 1931 г. в книгата “Lo!”.
Така или иначе телепортацията изглежда невъзможна дълго време. Учените са наясно, че при класическата оптична комуникация информацията се предава чрез сигнали, каквито са електрическите импулси или светлинни вълни - тоест чрез звук и светлина, и други начини не съществуват.
Физиката обаче опроверга това и доказа, че телепортация е възможна. “Квантовата телепортация има способността да осигури сигурна квантова свързаност между географски отдалечени възли”, обяснява Кумар. Това става чрез прехвърляне на частица от едно място на друго, без физическо преместване на частицата. Това движение се базира на феномен, при който две частици остават свързани, независимо от разстоянието. Така чрез въздействие върху тях - без движение на физическа материя - може да се предава информация.
Алберт Айнщайн нарича това преодоляване на време и пространство “призрачно действие от разстояние”. То е различно от традиционните методи за пренос на информация. “Докато конвенционалните сигнали обикновено се състоят от милиони частици звук или светлина, квантовата информация използва единични фотони”, обяснява феномена Кумар.
Какво прави квантовото предаване на информация толкова специално?
Ако външен човек се опита да прихване или измери квантовото състояние по време на предаване на информация, това не остава незабелязано. Наблюдението нарушава квантовото състояние, а смущението дава сигнал на комуникиращите страни. Тази особеност прави квантовото заплитане идеална среда за създаване на сигурни комуникационни системи. Всеки път, когато някой се намесва в комуникацията, това се отчита.
Заради тази особеност доскоро се смяташе, че съчетаването на квантова и класическа комуникация в един и същи кабел е навъзможно. Оптичните кабели са изпълнени със сигнали, които пренасят конвенционален интернет трафик. Това повдигаше резонния въпрос как деликатните квантови сигнали да не бъдат заглушени. “Ситуацията е нещо като
крехък велосипед, който опитва да се движи в претъпкан тунел от тежкотоварни камиони,
които превишават скорост”, прави сравнение Кумар.
Той и екипът му намират начин да помогнат на фотоните да се “дистанцират” от натоварения трафик. За да се справят с проблема, проучват как светлината се разпръсква в кабелите. Те идентифицират дължина на вълната с минимални смущения и поставят своите фотони там. След това добавят специални филтри за намаляване на шума от редовния интернет трафик.
За да тестват новия метод, учените използват 30-километров оптичен кабел, по който изпращат едновременно високоскоростен интернет трафик и квантова информация. В края на експеримента потвърждават успешен квантов трансфер на информация въпреки тежкото интернет движение.
И други групи досега са изследвали съвместното съществуване на квантови и класически комуникации, но тази, изглежда, е първата, която успява.
Сега екипът иска да разшири обхвата на своите експерименти, като изследва инфраструктури на по-големи разстояния в реални условия. Планират и да използват 2 двойки заплетени фотони вместо една.
Постижението наистина е значимо. Квантовата телепортация има способността да осигури сигурна свързаност между географски отдалечени възли, но беше нужна скъпа специализирана инфраструктура. Интегрирането на квантови възможности в съществуващи интернет кабели ще заобиколи нуждата от такава инфраструктура и отделни кабели. “Ако изберем правилно дължините на вълните, няма да се налага изграждането на нова инфраструктура. Класическите комуникации и квантовите комуникации могат да съществуват едновременно и безпроблемно”, убеден е проф. Кумар.
