Інженери з Пенсильванського університету здійснили прорив у створенні квантових мереж, успішно передавши квантові дані через звичайні оптоволоконні кабелі з використанням стандартного інтернет-протоколу (IP). Координацію між квантовими та класичними даними забезпечував спеціально розроблений мікроскопічний квантовий чіп. Результати дослідження опубліковано в науковому журналі Science.
Цей революційний експеримент довів можливість функціонування крихких квантових сигналів у тій самій інфраструктурі, що використовується для звичайного інтернет-трафіку. Квантові сигнали складаються з пар «заплутаних» квантових частинок, які настільки тісно пов’язані між собою, що зміна однієї з них миттєво впливає на іншу.
Саме цей феномен, за словами вчених, дозволить об’єднати обчислювальні потужності квантових комп’ютерів. Це призведе до появи швидшого та енергоефективнішого штучного інтелекту, нових ліків і матеріалів, створення яких недоступне сучасним суперкомп’ютерам.
Дослідники провели випробування на реальному комерційному оптоволокні мережі кампусу Verizon. Під час тестування вони продемонстрували, що розроблений чіп може не лише передавати квантові сигнали, але й автоматично коригувати перешкоди. Крім того, пристрій здатен об’єднувати квантові та класичні дані в стандартні інтернет-пакети й маршрутизувати їх, використовуючи ту саму систему адресації та інструменти управління, що застосовуються для підключення звичайних пристроїв до мережі.
Підписуйтесь на Mediasat у Telegram: тут найцікавіші новини ТБ та телекому
Унікальні властивості квантових частинок можна пояснити за допомогою відомого уявного експерименту Ервіна Шредінгера з котом і коробкою. Основна проблема полягає в тому, що в результаті вимірювання квантові частинки втрачають свої незвичайні властивості, що вкрай ускладнює масштабування квантової мережі.
«Звичайні мережі вимірюють дані, щоб спрямовувати їх до пункту призначення, — пояснив Роберт Броберг, співавтор дослідження. — У чисто квантових мережах це неможливо, тому що вимірювання частинок руйнує квантовий стан».
Для вирішення цього складного технічного завдання команда розробила гібридний квантово-класичний чіп під назвою «Q-Chip». Принцип його роботи базується на інноваційному підході до передачі даних.
«Класичний сигнал рухається безпосередньо перед квантовим, — розповів Чжан Ічі, перший автор статті. — Це дозволяє нам вимірювати класичний сигнал для маршрутизації, залишаючи квантовий сигнал недоторканним».
Розробники порівнюють свій винахід із залізничним складом, що поєднує звичайні легкі локомотиви з квантовими вантажами. У цій аналогії класичний заголовок відіграє роль локомотива, тоді як квантова інформація їде позаду в герметичних вагонах. Хоча вагони неможливо відкрити без пошкодження вмісту, локомотив гарантує доставлення всього поїзда до місця призначення.
«Впровадивши квантову інформацію у звичну структуру IP, ми показали, що квантовий інтернет може буквально говорити тією ж мовою, що і класичний, — підкреслив Чжан. — Ця сумісність є ключем до масштабування з використанням наявної інфраструктури».
Результати випробувань підтвердили високу ефективність системи. Під час тестування точність передачі даних перевищила 97%, що свідчить про значну здатність долати перешкоди та нестабільність. Ці фактори зазвичай руйнують квантові сигнали поза контрольованими лабораторними умовами.
Важливою перевагою розробки є використання кремнію та перевірених технологій у виробництві чіпа. Це значно спрощує можливості масового виробництва та робить серійне виготовлення економічно доцільним. Такий підхід може прискорити впровадження технології в комерційних масштабах.
