Сегодня для передачи квантовых состояний в оптическом диапазоне используется сеть доверенных узлов, на каждом из которых запутанные фотоны с закодированными квантовыми состояниями собираются заново. Повторителей и ретрансляторов для этой задачи пока не придумали. Это затрудняет развёртывание как сетей с квантовой криптографией (с передачей квантовых ключей), так и квантовых вычислительных кластеров, поскольку доверенные узлы приходится создавать чаще, чем через каждые сто километров.

Разработка китайских учёных обещает решить проблему эффективной передачи квантовых состояний на большие расстояния. Представленная учёными платформа состоит из пяти структурных компонентов: один для подготовки входного состояния, другой для генерации запутанных пар фотонов (ЭПР) с помощью интегрированного фотонного чипа, третий для измерения состояния Белла, четвёртый для распределения частот и точной настройки, и пятый — это твердотельная квантовая память на основе ансамблей ионов эрбия. Первые четыре компонента раньше использовались для других экспериментов, а пятая — твердотельная память — реализована впервые.

Телеметрия проводилась в C‑диапазоне (около 1,5 мкм) оптического волокна, что позволяет задействовать уже проложенную телеком-инфраструктуру.

Во время эксперимента фотон-«носитель» (telecom qubit) проходил через канал связи, затем его состояние считывалось параллельно с одной из ЭПР-пар фотонов посредством Белл‑измерения. Поскольку измерение Белла разрушает исходный квантовый источник, состояние протоипировало в память: ансамбль ионов эрбия записал этот квантовый бит, сохранив запутанность. Позже учёные вернули хранимое состояние и подтвердили успешность процедуры с помощью квантовой томографии — профиль состояния оказался выше классического порога, с точностью около 82% по состояниям и 74% по процессам.

Еще одним ключевым моментом эксперимента стало использование фотонов с «телекомовской» длиной волны. Это означает, что запутанные фотоны могут передаваться по обычным оптическим каналам с помощью стандартного оборудования передачи без развёртывания новых сетей специально под квантовые коммуникации. Тем самым квантовый интернет может развиться на готовой инфраструктуре.

В ходе эксперимента также удалось обеспечить стабильное хранение фотонов до почти 2 мкс, что примерно в 400 раз превышает предыдущее достижение на основе тех же материалов.

Стоит отметить: эта технология ещё не передаёт классическую информацию — телепортация просто переносит квантовое состояние. Однако сочетание телепортации и твердотельной памяти — критическое условие для квантовых повторителей (quantum repeaters), необходимых для построения реальных протяжённых сетей. Именно «записанное состояние», способное существовать достаточно долго, делает возможным масштабируемые сети.

Ближайшие цели команды — улучшить срок хранения, повысить эффективность записи и повысить стабильность памяти. По данным Phys.org, уже ведётся работа над оптимизацией ансамблей ионов эрбия и улучшением синхронизации между элементами системы.