Новая техника телекоммуникаций, которая использует квантовую технологию, может дать гораздо более безопасную глобальную интернет-связь, доложили ученые.
В новой статье, опубликованной 24 ноября в журнале Nature Communications, исследователи из Университета Глазго, Стэнфорда, Токио и Вюрцбурга описали использование нового инструмента в телекоммуникационной связи большой протяженности, которую хакеры не смогут сломать. Техника может также стать основой для новой формы «квантового интернета».
Ученые уже использовали феномен спутанных квантовых состояний — их еще называют «странным принципом дальнодействия» — чтобы создать обмен информацией на коротких расстояниях. Квантовая запутанность позволяет физически разделенным частичкам хранить общие свойства — например, направление спина электрона будет зависеть от направления спина его партнера.
Такой процесс квантовой запутанности также позволяет ученым кодировать информацию в квантовых частицах, подобно тому, как она кодируется нулями и единицами (известными как биты) в цифровой коммуникации — сейчас так кодируют любые данные. Безопасность передачи данных между двумя компьютерами с общей квантовой информацией намного выше, поскольку любая попытка вмешательства третьей стороной изменит свойства самих данных, что позволит легко определить нежелательного реципиента.
Чтобы позволить квантовым компьютерам обмениваться информацией, нужно будет создать новый тип квантового интернета, способного пересылать особые квантовые биты (их еще называют кубитами) на большие расстояния.
Команда ученых, координированная Чандрой Мули Натараян, вместе с коллегами из Стэнфордского университета, впервые сумела создать телекоммуникационную связь на большом расстоянии для стационарного квантового бита. Ученые сделали корреляцию между спином электрона, который хранится в крошечном кристалле полупроводника, также известном как «квантовая точка» и время прибытия отдельного фотона через два километра оптоволоконного кабеля, который используется в стандартной телесвязи.
Др. Натараян сказал: «Наша работа опирается на три составляющие. Во-первых, это квантовые точки — специальные кристаллы толщиной в несколько нанометров, или миллиардную частицу метра. Во-вторых — это правильно настроенный волновод, который позволяет нам точно контролировать и преобразовывать энергию отдельных частиц света, известных как фотоны. И последняя составляющая — это высокочувствительный сенсор, способный уловить отдельные фотоны».
«Квантовая точка широко используется для образования отдельных фотонов. Однако, такие типы фотонов не могут лететь очень далеко в стандартных оптоволоконных сетях, используемых в телекоммуникации, поскольку они имеют склонность просачиваться наружу во время путешествия. Квантовые точки также могут захватывать электроны, и раньше наша группа исследователей уже показала, что квантовую спутанность можно образовать между уловленным электроном и фотоном».
«Мы смогли впервые установить корреляцию на большом расстоянии между захваченным электроном и фотоном в телекоммуникации. Прежде всего, информация, закодированная в направлении выпущенного фотона транслировалась через время прибытия фотона. Во-вторых, энергия фотона была снижена до такой, которая лучше подходит для телекоммуникаций, при этом закодирована информация не была изменена. В ближайшем будущем, эти улучшения позволят выполнять сложные эксперименты по квантовой телепортации на больших расстояниях, в которых задействованы квантовые точки».
«Физика, которая лежит в основе квантовой коммуникации, по самой природе делает передачу данных абсолютно безопасной — любое вмешательство с любой стороны сразу же станет очевидным, поскольку повлияет на квантовую корреляцию. Наша сеть — важный шаг к созданию архитектуры будущего гибридного квантового интернета».
Др. Натараян проводил эксперименты в Стэнфордском университете, которые стали возможными благодаря программе SU2P Science Bridges Entrepreneurial Fellowship, финансируемой Национальным институтом информатики, Токио. Группа ученых проф. Роберта Хэтфилда из Инженерной школы Университета Глазго предоставила ключевую техническую экспертизу по улучшенной технологии улавливания отдельного фотона в телекоммуникации.
