Благодаря сверхвысокой скорости квантовые вычисления позиционируются как решение мировых проблем в разработке новых лекарств, понимании свойств материалов и оптимизации финансовых рисков. Квантовые компьютеры, созданные сегодня, уже намного опережают своих двоичных аналогов и постоянно совершенствуются за счет добавления большего количества квантовых битов в пакеты обработки и исправления ошибок. Но эти достижения не будут значить ничего, если ученые не смогут надежно передавать квантовые данные по сети. При этом квантовые данные склонны к потерям при передаче на большие расстояния из-за своей природы. Вот почему ученые ищут способы разделить сеть на более мелкие сегменты и соединить их, чтобы они имели одно и то же квантовое состояние.

Современные сети передачи данных в интернете сталкиваются с той же проблемой. Они оснащены ретрансляторами или усилителями, которые считывают и усиливают сигнал, чтобы он оставался неизменным на дальних расстояниях. Однако классические ретрансляторы непригодны для квантовых данных, поскольку любая попытка их считывания или копирования разрушит их. Следовательно, для передачи данных на большие расстояния квантовая информация должна сохраняться и извлекаться по всей сети, что требует наличия устройства квантовой памяти.

Один из подходов к передаче квантовой информации заключается в использовании запутанных фотонов. Суть в том, что измерение состояния одного запутанного фотона мгновенно определяет состояние другого, независимо от того, насколько далеко они друг от друга находятся. Благодаря этой связи, изучая один фотон, мы получаем информацию о другом, что позволяет передавать квантовые данные. Однако для передачи запутанных фотонов на большие расстояния требуются два устройства: одно для их создания, а второе для хранения и извлечения в сети передачи данных.

Ученые уже пытались создать такие устройства, однако сталкивались с двумя основными проблемами: генерация запутанных фотонов по требованию и разработка совместимой квантовой памяти для их хранения. Основная сложность заключалась в том, что устройства для создания и хранения фотонов работали на разных длинах волн. Из-за этого их взаимодействие было затруднено.

В результате сотрудничества ученых Имперского колледжа и Университета Саутгемптона в Великобритании, а также Университета Штутгарта и Университета Вюрцбурга в Германии было разработано устройство, работающее на одной длине волны. В этом устройстве генерируются незапутанные фотоны, называемые квантовыми точками. Затем эти квантовые точки передаются в систему квантовой памяти, где их хранят с помощью атомов рубидия. Для включения и выключения памяти и выпуска фотонов по требованию использовался лазер. Что еще более важно, длина волны, которую задействует устройство, совместима с оптоволоконной инфраструктурой, которая сегодня объединяет мир. Это упростит развертывание квантовых компьютеров в будущем.

Ученые планируют улучшить систему, уменьшив ее размер и увеличив продолжительность хранения фотонов.