Исследование провела группа учёных под руководством Према Кумара из Северо-Западного университета. Им удалось передать один из запутанных фотонов по 24,4-километровому оптическому волокну от кампуса университета в Эванстоне до центра Чикаго, пока по тому же кабелю проходили высокоскоростные телекоммуникационные данные. Точность сохранения квантового состояния превысила 94%.
Основа квантовых сетей — не обычные биты со значениями 0 или 1, а кубиты. Они умеют находиться в состоянии запутанности: частицы остаются связанными друг с другом, даже если их разделить расстоянием. На этом принципе строятся квантовая телепортация и защищенная связь. Главный вызов здесь — уязвимость одиночных фотонов, которые несут информацию, к помехам. Даже слабый оптический шум может заглушить отдельные фотоны, используемые для кодирования квантовой информации.
«Квантовые сигналы очень малы по сравнению с классическими сигналами. Это как муравей, идущий по тропе, полной слонов», — отметил Кумар. В отличие от обычных каналов связи, где используются миллионы фотонов, квантовые системы работают с отдельными частицами света, которые легко теряются среди мощных потоков данных.
Чтобы защитить квантовый сигнал, исследователи использовали отдельный участок оптического спектра — более «спокойный» O-диапазон, где уровень помех ниже. Обычный интернет-трафик при этом передавался в C-диапазоне, который широко используется в телекоммуникациях. Кроме того, учёные применили специальные фильтры и систему синхронизации White Rabbit, позволившую согласовать работу двух узлов с точностью до пикосекунд.
Во время эксперимента по тому же кабелю передавались два коммерческих канала связи со скоростью 800 Гбит/с каждый. По словам исследователей, инфраструктура потенциально могла бы поддерживать до 36 Тбит/с обычных данных — примерно столько, сколько нужно для одновременной передачи 20 млн видеороликов на YouTube.
Результаты приближают создание практических квантовых сетей, которые смогут работать поверх существующего интернета. Следующим шагом для команды станет демонстрация квантовой телепортации в реальной городской сети. Сначала необходимо научиться стабильно распределять запутанность, а затем использовать её для передачи квантовой информации.
