В распоряжении ученых из Брукхейвенской национальной лаборатории на Лонг-Айленде уже имеется сеть оптоволокна длиной около 260 км, соединяющая восемь узлов. Но ее возможности ограничены: во-первых, оптоволокно работает только на телекоммуникационных длинах волн, зачастую не подходящих для квантовых процессоров. Во-вторых, прокладывать новые линии дорого и не всегда возможно. Беспроводной канал обещает гибкость: можно передавать квантовую информацию на частотах процессоров, а также соединять объекты напрямую, игнорируя преграды, например, два здания, разделенные парком или водоемом.

Для передачи квантовой информации без проводов используют частицы света, однако атмосфера — плохой помощник квантовой связи: турбулентность, пыль и перепады температуры искажают волны света и разрушают запутанность. Команда ученых и Университета Стони-Брук решила эту проблему, применив технологии, которые обычно используют астрономы: телескопы с активной оптикой, адаптивное управление и системы наведения с точностью до микрорадиан. На крыше одного здания они установили «Квантовый маяк», на крыше другого — «Квантовую башню». Выходя из оптоволокна диаметром всего 5 микрон, фотоны проходят 21 км по воздуху и попадают в приемное волокно такого же крошечного размера на другой стороне.

Сначала команда показала, что может передавать одиночные, незапутанные фотоны при дневном свете. Это была проверка точности наведения и стабильности оптической связи. Затем, ночью, когда уровень фонового света ниже, они успешно передали запутанные пары фотонов.

Сначала фотоны генерировались в лаборатории Стоуни-Брук, затем передавались по оптоволокну на «Квантовую башню», оттуда по воздуху — на «Квантовый маяк», где их успешно детектировали и подтвердили сохранение запутанности. Это первый случай в США, когда запутанные фотоны переданы через открытый воздух на такое расстояние.

Ключевой вклад в проект внесли специалисты по астрономической оптике, пишет Quantum Insider. Телескопы, которые обычно смотрят в космос, здесь были направлены горизонтально. Но если для звезд луч проходит через относительно спокойную атмосферу, то между двумя точками на Земле воздух гораздо более неоднороден. Поэтому потребовались системы адаптивной оптики и прецизионное управление зеркалами. На крышах обоих зданий были сооружены специальные лаборатории с оптическими приборами, системами управления, квантовыми источниками и детекторами.

Сейчас ведутся работы по строительству третьей станции — в Йельском университете (Нью-Хейвен, Коннектикут), которая расширит сеть до трех узлов. В перспективе такие беспроводные соединения смогут увеличить размах квантовых сетей и стать основой квантового интернета, где данные путешествуют частично по кабелям, частично по воздуху, оставаясь при этом абсолютно защищенными на всем пути следования.

Недавно исследователи из США нашли способ генерировать сильно коррелированные микроволновые сигналы при комнатной температуре. Это открытие может вывести квантовую связь и радары из лабораторий в реальный мир.