Физики из ЮАР удлинили квантовую связь на бесконечное расстояние
Физики продемонстрировали возможность работы технологий коррекции ошибок в режиме реального времени в квантовых системах передачи данных, что открывает дорогу для абсолютной защиты передаваемых данных на неограниченно большие расстояния, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.
"Нам удалось впервые показать, что обычный свет можно использовать для анализа квантовых линий данных, и такие замеры будут полным эквивалентом того, что происходит при квантовой томографии квантовых состояний. Они будут именно эквивалентными, а не просто похожими или имитирующими их. Для их создания мы воспользовались так называемыми векторными лазерными лучами, которые часто называют "классически запутанными" лазерами", — объясняет Бинвену Ндагано (Bienvenu Ndagano) из университета Витватерсранда в Йоханнесбурге (ЮАР).
Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной "прослушки". Однако запутанные состояния очень хрупки, они легко разрушаются при передаче из-за помех, оптических потерь.
Только недавно физики начали задумываться о том, что подобных потерь можно избежать, восстанавливая утерянную запутанность или усиливая сигнал при помощи феномена, который открывший его российский физик Александр Львовский называет "квантовым катализом". Создание приборов, которые используют этот феномен, считается сегодня критически важным для запуска "квантового интернета" и развития квантовых технологий в целом.
Ндагано и его коллеги заявляют, что подобные ухищрения для усиления квантового сигнала, ведущие за собой замедление скорости передачи данных, на самом деле не нужны – для реконструкции сигнала хватает так называемого "классически запутанного" света.
Под этим словом физики понимают особым образом связанные частицы света, лишенные главного свойства своих собратьев, запутанных квантовым образом – единства всех их свойств и состояний, работающего на любых расстояниях между фотонами. Иными словами, при удалении фотонов на большие расстояния друг от друга эта связь теряется, а не сохраняется, как при квантовом запутывании.
Как правило, они представляют собой частицы света в луче лазера, "закрученном" в спираль. В таких лучах, как объясняют ученые, поляризация фотона неразрывно связана с тем, в какую сторону "повернуто" электромагнитное поле, что порождает отношения между ними, подобные квантовой запутанности. Многие физики крайне отрицательно относятся к этой идее, считая ее искусственной математической конструкцией, не имеющей ничего общего с реальностью.
Экспериментируя с такими лучами, Ндагано и его коллеги показали, что они могут нести в себе ту же информацию, как и их настоящие квантовые собратья, что позволяет использовать подобный "классически запутанный" свет для коррекции ошибок при передаче сигнала через квантовые линии связи, не "подглядывая" при этом за фотонами.
Работу подобной системы коррекции ошибок ученые продемонстрировали на системе из двух связанных друг с другом кубитов и двух векторных лазеров, которыми они "подсвечивали" ячейки памяти квантового компьютера. При ее помощи ученые записали в кубиты и прочитали фотографию с портретом Джеймса Максвелла, автора классической теории электромагнетизма.
Сейчас южноафриканские физики работают над созданием методов кодировки информации в подобных лучах, и алгоритмов коррекции ошибок. Их создание, как надеются ученые, откроет дорогу для создания почти неограниченной по скорости и "бесконечной" по длине квантовой связи.
