Квантовый репитер
Физикам из Гейдельбергского университета вместе с коллегами из Китая и
Австрии удалось создать прототип репитера для квантовых телекоммуникаций. Это устройство, использующее фотоны для
передачи и атомы рубидия для свопа квантовой информации, демонстрирует реализуемость квантовых коммуникаций на большие
расстояния.
Как известно, принципиальная невозможность перехвата квантовой информации выводит защищенность сетей
передачи данных на качественно новый уровень. В экспериментах квантовую информацию удавалось передавать по оптическим
волокнам на расстояние до ста километров, а с помощью хорошего телескопа ее можно отправить даже в космос. Но есть и
принципиальные ограничения.
Дело в том, что в оптическом волокне, как и в любой другой среде, отличной от
вакуума, часть фотонов неизбежно теряется.
В результате передача информации запутанными фотонами становится
невозможной, если вероятность ложного срабатывания детектора будет сопоставима с вероятностью успешной регистрации
посланного фотона. Поэтому, чтобы передавать квантовые данные по оптическим волокнам на расстояние значительно больше
ста километров, неизбежно придется использовать квантовый аналог репитера.
Но квантовый сигнал нельзя просто
скопировать и отправить дальше. Вместо этого канал необходимо разбить на сегменты и запутанность квантовых частиц
передавать последовательно из сегмента в сегмент, пока она не достигнет адресата.
Чтобы это реализовать в
эксперименте, передача начинается с двух облаков ультрахолодных атомов рубидия, одно из которых работает как отправитель
информации, а второе как репитер на пути к получателю. Атомы облаков возбуждаются так, чтобы они испустили навстречу
друг другу фотоны, запутанные со своим облаком. Когда фотоны встречаются, их измеряют так, чтобы родительские облака
стали запутанными друг с другом. Этот процесс называется свопом квантовой информации. Облака атомов некоторое время
остаются стабильны и сохраняют запутанность, что позволяет повторить процедуру с одним из них, то есть запутать первое
облако с третьим и так далее вплоть до облака получателя. Расстояние, на которое таким способом можно передать квантовую
информацию, ограничено временем стабильности квантового состояния облаков. В первых экспериментах оно не превышало
десятка микросекунд, а дальность передачи - трехсот метров. Вероятность успешного запутывания облаков достигала десяти
процентов. В следующей серии экспериментов ученые планируют увеличить время стабильного состояния до миллисекунды, а
расстояние передачи до ста километров.
