Прорыв в квантовом интернете: ученые создали рабочий квантовый повторитель

Исследователи из Университета Штутгарта, Университета Саарбрюккена и Института Лейбница в Дрездене разработали полупроводниковый источник фотонов с высокой стабильностью — по частоте, фазе и поляризации. Они разместили два таких источника на расстоянии 10 м и соединили их через оптоволокно.

Обычно квантовую телепортацию можно осуществить только между абсолютно идентичными частицами, исходящими из одного источника. Если частицы отличаются, квантовое состояние разрушается, и технология теряет смысл. Учёные обошли это ограничение: они создали пару запутанных фотонов в повторителе и пропустили один из них через нелинейный оптический канал, чтобы выровнять его параметры с исходным фотоном.

Затем они провели измерение в схеме Белла: состояние поляризации исходного фотона перенесли на фотон повторителя. Благодаря запутанности состояние телепортировалось на его «близнеца». При этом волновая функция не коллапсировала, и квантовые данные остались в целости.

Сейчас передача происходит с успехом примерно в 70% случаев — это связано с тем, что квантовые точки пока неидеально совпадают по характеристикам. Учёные намерены улучшить технологии производства, чтобы сделать источники ещё более близкими к идеалу.

Если эту систему доработать, можно будет создавать надёжные квантовые повторители, что позволит строить глобальный квантовый интернет — где данные защищены на уровне фундаментальной физики.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.