Учёные впервые успешно передали квантовые и обычные данные по одному оптическому волокну.
Исследование демонстрирует, что квантовые данные в форме запутанных фотонов и обычные интернет-данные, передаваемые в виде лазерных импульсов, могут сосуществовать в одном оптоволоконном кабеле.
Большинство исследований по созданию квантового интернета сосредоточились на необходимости отдельной инфраструктуры или выделенных каналов для квантовых данных, чтобы избежать помех от «классических» данных. Однако эта новая «гибридная» сеть может проложить путь к более эффективной реализации квантовых коммуникаций, позволяя квантовым и обычным данным использовать одну и ту же инфраструктуру. Учёные опубликовали свои результаты в исследовании, представленном 26 июля в журнале Science Advances.
Оптоволоконные кабели состоят из тонких нитей стекла или пластика, которые передают данные в виде инфракрасных световых импульсов. Эти волокна передают данные через различные цветовые каналы, каждый из которых соответствует определённой длине волны света.
Ранее учёные показывали, что квантовые данные могут передаваться через стандартный оптоволоконный кабель, но этот новый эксперимент является первым случаем, когда и квантовые, и обычные данные передаются одновременно через один и тот же цветовой канал.
Создание гибридных сетей представляет собой сложную задачу, поскольку квантовые данные часто передаются через оптоволоконные кабели с использованием запутанных фотонов.
Запутанность возникает, когда два кубита — самые базовые единицы квантовой информации — связаны таким образом, что информация передаётся между ними независимо от их взаимного расположения во времени или пространстве. Однако запутанность — это крайне деликатное состояние, которое легко может быть нарушено внешними помехами, такими как шум или помехи от других сигналов. Это включает любые данные, использующие ту же длину волны на оптоволоконном канале. Это явление известно как «декогеренция», и нарушение этой связи приводит к потере квантового состояния кубитов, что вызывает потерю данных.
«Чтобы сделать квантовый интернет реальностью, нам нужно передавать запутанные фотоны через оптоволоконные сети, — сказал в заявлении соавтор исследования Майкл Кюс (Michael Kues), глава Института фотоники в Университете Лейбница в Ганновере. — Мы также хотим продолжать использовать оптоволокна для передачи обычных данных.»
Чтобы преодолеть эти трудности, учёные использовали метод, называемый электрооптической фазовой модуляцией, для точной настройки частоты лазерных импульсов так, чтобы они совпадали по цвету с запутанными фотонами. Это позволило передавать оба типа данных в одном цветовом канале без нарушения квантовой информации, содержащейся в запутанных фотонах.
Возможность передачи квантовых и обычных данных в одном канале освобождает другие цветовые каналы в оптоволоконном кабеле для дополнительных данных, заявили учёные. Это будет ключом к тому, чтобы сделать многие приложения квантовых вычислений, такие как сверхбезопасная связь и квантовая криптография, более практичными и масштабируемыми.
«Наше исследование является важным шагом к объединению обычного интернета с квантовым интернетом, — сказал Кюс. — Наш эксперимент показывает, как успешна может быть практическая реализация гибридных сетей.»
