Инженеры из Пенсильванского университета совершили прорыв в создании квантовых сетей, успешно передав квантовые данные через обычные оптоволоконные кабели с использованием стандартного интернет-протокола (IP). Координацию между квантовыми и классическими данными обеспечивал специально разработанный микроскопический квантовый чип. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Science.
Этот революционный эксперимент доказал возможность функционирования хрупких квантовых сигналов в той же инфраструктуре, которая используется для обычного интернет-трафика. Квантовые сигналы состоят из пар «запутанных» квантовых частиц, которые настолько тесно связаны между собой, что изменение одной из них мгновенно влияет на другую.
Именно этот феномен, по словам ученых, позволит объединить вычислительные мощности квантовых компьютеров. Это приведет к появлению более быстрого и энергоэффективного искусственного интеллекта, новых лекарств и материалов, создание которых недоступно современным суперкомпьютерам.
Исследователи провели испытания на реальном коммерческом оптоволокне сети кампуса Verizon. Во время тестирования они продемонстрировали, что разработанный чип может не только передавать квантовые сигналы, но и автоматически корректировать помехи. Кроме того, устройство способно объединять квантовые и классические данные в стандартные интернет-пакеты и маршрутизировать их, используя ту же систему адресации и инструменты управления, которые применяются для подключения обычных устройств к сети.
Подписывайтесь на Mediasat в Telegram: здесь самые интересные новости из мира технологий
Уникальные свойства квантовых частиц можно объяснить с помощью известного мысленного эксперимента Эрвина Шрёдингера с котом и коробкой. Основная проблема заключается в том, что в результате измерения квантовые частицы теряют свои необычные свойства, что крайне затрудняет масштабирование квантовой сети.
«Обычные сети измеряют данные, чтобы направлять их в пункт назначения, — пояснил Роберт Броберг, соавтор исследования. — В чисто квантовых сетях это невозможно, потому что измерение частиц разрушает квантовое состояние».
Для решения этой сложной технической задачи команда разработала гибридный квантово-классический чип под названием «Q-Chip». Принцип его работы основан на инновационном подходе к передаче данных.
«Классический сигнал движется непосредственно перед квантовым, — рассказал Чжан Ичи, первый автор статьи. — Это позволяет нам измерять классический сигнал для маршрутизации, оставляя квантовый сигнал нетронутым».
Разработчики сравнивают свое изобретение с железнодорожным составом, который сочетает в себе обычные легкие локомотивы с квантовыми грузами. В этой аналогии классический заголовок играет роль локомотива, тогда как квантовая информация едет сзади в герметичных вагонах. Хотя вагоны невозможно открыть без повреждения содержимого, локомотив гарантирует доставку всего поезда до места назначения.
«Внедрив квантовую информацию в привычную структуру IP, мы показали, что квантовый интернет может буквально говорить на том же языке, что и классический, — подчеркнул Чжан. — Эта совместимость является ключом к масштабированию с использованием существующей инфраструктуры».
Результаты испытаний подтвердили высокую эффективность системы. Во время тестирования точность передачи данных превысила 97%, что свидетельствует о значительной способности преодолевать помехи и нестабильность. Эти факторы обычно разрушают квантовые сигналы вне контролируемых лабораторных условий.
Важным преимуществом разработки является использование кремния и проверенных технологий в производстве чипа. Это значительно упрощает возможности массового производства и делает серийное изготовление экономически целесообразным. Такой подход может ускорить внедрение технологии в коммерческих масштабах.
