Группа исследователей из Германии продемонстрировала технологию создания квантовой запутанности двух атомов, разделенных рекордным для такого типа оптоволоконных коммуникаций расстоянием в 33 километра (20 миль). Данное достижение можно считать еще одним достаточно большим шагом на пути к созданию высокоскоростного и высокозащищенного квантового Интернета, который в будущем придет на смену Интернету нынешнему.
Напомним нашим читателям, что квантовая запутанность это фундаментальное явление квантовой механики, заключающееся в образовании невидимой связи между двумя частицами. При этом, любые изменения состояния одной из частиц моментально приводят к соответствующим изменениям состояния второй запутанной частицы, невзирая на разделяющее их расстояние, которое в теории может быть сколь угодно большим.
Из вышесказанного следует, что при помощи квантовой запутанности информация может быть телепортирована из одного места в другое со скоростью, превышающей скорость света, и эта идея смогла удивить в свое время самого Альберта Эйнштейна, который назвал квантовую запутанность "жутким призрачным действием на расстоянии".
Несмотря на очевидный парадокс с превышением скорости света, ученым уже удавалось не один раз демонстрировать квантовую запутанность в экспериментах и даже пытаться передавать информацию на большие расстояния при ее помощи. Во время своих последних экспериментов ученые из университета Людвига и Максимилиана в Мюнхене, Саарландского университета установили новый рекорд по дальности квантовой запутанности между двумя атомами, соединенными оптоволоконной линией.
Ученые использовали два атома рубидия, заключенные в оптических ловушках. Физически каждая из ловушек располагалась в отдельном корпусе университета в Мюнхене, расстояние между корпусами было равно 700 метрам. А рекордная дистанция в 33 километра была получена за счет использования сегментов оптоволоконного кабеля соответствующей длины, который был смотан в бухтах.
Каждый из атомов рубидия был переведен в возбужденное высокоэнергетическое состояние при помощи света лазера. Это, в свою очередь, привело к излучению атомом другого фотона света, который находился в состоянии квантовой запутанности с самим атомом. Излученные атомами запутанные фотоны были направлены в оптическое волокно, и они встретились на середине дистанции там, где была установлена специальная промежуточная установка. В этой установке производилось синхронное измерение квантовых состояний обоих фотонов, что запутало их друг с другом, а так как фотоны были предварительно запутаны с атомами, то между атомами также образовалась квантовая связь.
Используя запутанные пары фотонов, ученым уже удавалось передавать и использовать их на гораздо больших расстояниях. Однако, возможность запутывания атомов на таких расстояниях позволит использовать эти атомы в роли ячеек квантовой памяти, используемых, к примеру, в ретрансляторах.
А самым большим достижением во всем этом является то, что фотоны-посредники, имевшие изначально длину волны 780 нанометров, были преобразованы в более длинноволновые (1 517 нм), что очень близко к 1 550 нм, стандартной длине волны фотонов, на которой оптическое волокно обеспечивает максимальную эффективность передачи. При этом, такое преобразование проводилось без разрушения хрупкой квантовой запутанности между фотоном и атомом, а фотоны успешно проходили всю дистанцию, не теряясь на нескольких первых километрах.
Ученые считают, что результаты их исследований обеспечат углубленное понимание принципов, которые будут использованы при создании квантового Интернета. При этом, такой вариант квантового Интернета сможет работать на имеющейся сейчас инфраструктуре оптоволоконных коммуникационных линий. Плюсом к этому, также можно использовать искусственные спутники, подобные китайскому спутнику Micius, который уже продемонстрировал способность излучения запутанных фотонов света и их передачу на тысячи километров.