Quantum Internet по простым кабелю: впервые в истории квантовые данные передаются через стандартный IP -протокол

Представьте себе силу сотен суперкомпьютеров, собранных в одном устройстве, которое может моделировать новые лекарства на молекулярном уровне или создавать материалы с беспрецедентными свойствами. Это не научная фантастика, а обещание мира квантовых расчетов. Тем не менее, эта невероятная сила до недавнего времени имела один серьезный недостаток: изоляция. Квантовые компьютеры, такие как одинокие гения, не могли общаться друг с другом на больших расстояниях. Но что, если сеть будущего не потребует построения новой инфраструктуры, но может использовать существующую?

Это именно тот прорыв, который совершил команда инженеров в Университете Пенсильвании. В эксперименте, который можно назвать революционным, они отправили квантовые данные по стандартному оптическому кабелю из коммерческих услуг Verizon Internet, используя тот же интернет -протокол (IP), который в настоящее время доставляет эту статью на вашем экране. Это не просто технический трюк, но, возможно, первый практический шаг к превращению различных квантовых устройств в одну глобальную сеть.

Почему Quanta не любит наш интернет?

Чтобы понять масштаб достижения, мы должны понять, какова основная пропасть между классическим и квантовым миром. Наш знакомый интернет работает в соответствии с простыми правилами. Данные в нем представляют собой потоки света, кодируемые как нули и единицы. Сетевое оборудование (маршрутизаторы, коммутаторы) постоянно «просмотрите» эти данные, считывает адрес назначения и направляет сетевой пакет в правильном направлении. Этот процесс чтения абсолютно безвреден для классической информации.

В квантовой информации противоположность верна. Он основан на удивительных явлениях, таких как квантовая запутанность. Представьте себе две частицы, связанные с невидимой нитью: что бы ни случилось с одной из них, другая отреагирует мгновенно, даже если они разделены милями. Это хрупкое отношение лежит все магии. Но есть один улов: как только вы попытаетесь «посмотреть» такую ​​частицу, чтобы понять ее состояние, все квантовые магии исчезают. Измерение разрушает клубок.

Это получает странный парадокс: чтобы отправить квантовый сигнал по сети, вам нужно знать, куда он идет. Но чтобы знать это, вы должны измерить его, и измерение разрушает его. Следовательно, создание квантового Интернета, казалось, было задачей, требующей совершенно новой отдельной инфраструктуры.

Квантовый поезд

Инженеры из Пенсильвании изобрели блестяще простой способ обойти проблему. Их решение есть миниатюрный «Q-CHIP ‘который действует как интеллектуальный диспетчер на железнодорожной станции. Идея состоит в том, чтобы никогда не касаться самой ценной квантовой нагрузки.

Вместо этого чип генерирует гибридный пакет данных, который выглядит как поезд. «Локомотив» впереди — обычный классический световой сигнал. Он содержит всю официальную информацию: адрес назначения, данные коррекции ошибок и т. Д. И рядом с ним, в «герметичном универсале», хрупкий квантовый сигнал путешествует — сами запутанные частицы.

Сетевое оборудование на дороге взаимодействует только с локомотивом. Он читает свое название, понимает, куда направить весь «поезда» и отправляет его дальше по маршруту. Сам квантовый универсал остается нетронутым. Он не измеряется и не проверяется — он просто следует за своим классическим дирижером. Этот подход позволил сделать невероятным: сделать квантовые данные, чтобы подчиняться правилам стандартного интернет -протокола (IP). Фактически, ученые сделали квантовую информацию «притворяться» на обычном интернет -трафике, используя классический сигнал в качестве паспорта, который может отображаться вообще «посты» сетевой инфраструктуры.

Испытание на реальность: строительство, погодные условия и городской шум

Одна вещь заключается в том, что эксперимент должен проводиться в стерильных условиях лаборатории, где все прекрасно откалибровано. Это совсем другое, чтобы выходить на землю, на реальных коммерческих линиях. Городская оптическая сеть — это хаотическая среда. Есть конструкция, которая создает вибрации поблизости; Температура кабеля изменяется в результате метеорологических изменений; Прохождение трафика добавляет фоновый шум. Каждое из этих влияний является потенциальным убийцей для хрупкого квантового состояния.

А вот вторая сила гибридного подхода. Классический Lokomotiv и квантовый вагон путешествуют на одном и том же «рельсе» — оптическое волокно. Это означает, что все внешние нарушения (встряхивание, температурные прыжки) влияют на них практически одинаково.

Поскольку классический сигнал может быть измерен столько, сколько вы хотите, инженеры заставили систему анализировать помехи с локомотивом и, основываясь на этих данных, чтобы предсказать, какие нарушения получен следующий квантовый сигнал. Затем Чип вносит упреждающую коррекцию, практически «восстанавливая» квантовое состояние, не измеряя его. В тестах система показала удивительную точность передачи более 97%. Это доказательство того, что технология жизнеспособна не только в теории, но и в реальном мире.

Что дальше? Дорожная карта к квантовому будущему

Значит ли это, что завтра у нас будет квантовый интернет? Нет, авторы исследования не скрывают этого. Основным препятствием для глобальной сети является подвид сигналаS Квантовые сигналы, а также классические, ослабевают с расстоянием. Но если обычный сигнал может быть легко усилен, то в кванте это все еще невозможно — любой усилитель — это измерительное устройство по своей природе, которое разрушит запутанность.

Таким образом, на этом этапе речь идет о создании городских и региональных квантовых сетей, соединяющих исследовательские центры и кластеры с квантовых компьютеров. Достижение команды Пенсильвании — не конечная точка, а первая часть шоссе в будущее. Они не решали все проблемы, но предложили универсальный и масштабный стандарт для их решения.

Как успешно отметил один из авторов статьи, это было в 1990 -х годах, когда университеты только начинали соединять свои локальные компьютерные сети. В то время никто не мог предсказать появление социальных сетей, потоковых услуг или онлайн -банкинга. Сегодня мы находимся в подобном моменте. Инженеры открыли дверь, показывая, как можно объединить два разных мира — классический и квант. И какие невероятные возможности ждут нас за этой дверью, только время покажет.