Вчені встановили світовий рекорд передачі квантової інформації на 420 кілометрів

Команда фізиків встановила новий світовий рекорд передачі квантової інформації, з’єднавши два вузли квантової пам’яті через оптоволоконний кабель завдовжки 420 кілометрів. Експеримент демонструє, що квантовий зв’язок можна масштабувати далеко за межі окремого міста.

Квантова заплутаність — це явище, за якого властивості двох або більше частинок виявляються взаємопов’язаними: вимірювання однієї з них миттєво визначає параметри іншої, навіть якщо між ними тисячі кілометрів. Саме цей ефект лежить в основі майбутніх квантових мереж. Однак для їх побудови потрібна не лише передача фотонів, а й квантова пам’ять — пристрої для зберігання квантової інформації. У цьому дослідженні роль такої пам’яті виконували лазерно охолоджені хмари атомів рубідію.

Система складалася з двох блоків пам’яті, умовно названих Алісою і Бобом, між якими і пролягав 420-кілометровий кабель. Посередині розташовувався вузол Чарлі, що приймав фотони від обох сторін. Коли Чарлі фіксував потрібну інтерференційну картину, це означало: між Алісою і Бобом встановлено заплутаність, хоча самі вузли жодного разу не взаємодіяли безпосередньо.

Успіх забезпечили три ключові технічні рішення. По-перше, фотони, які випромінює квантова пам’ять, перетворили на довжини хвиль телекомунікаційного діапазону — це суттєво зменшило втрати сигналу в оптоволокні. По-друге, розробили систему стабілізації, яка безперервно компенсує температурні коливання і вібрації, здатні зруйнувати квантову інтерференцію. По-третє, замість схеми заплутування на основі двох фотонів використали однофотонну, що знизило вимоги до збереження сигналу на всьому шляху передачі.

Особливо важливим результатом стало подолання так званої межі PLOB — фундаментального фізичного ліміту швидкості передачі квантової інформації без проміжних повторювачів. Починаючи з відстані понад 320 кілометрів, система демонструвала вищу швидкість успішного встановлення заплутаності, ніж дозволяло б пряме передавання по тому ж кабелю відповідно до цієї межі.

«Наш експеримент дає випробувальний майданчик для вивчення застосувань квантових мереж за межами масштабу одного міста», — зазначають автори роботи. Результати відкривають практичний шлях до побудови глобальної квантової інфраструктури, здатної забезпечити принципово захищений зв’язок.