Американские ученые впервые создали чип, объединяющий все необходимые квантовые фотонные функции для передачи запутанных кубит через обычную оптоволоконную сеть, открывая путь к настоящему квантовому интернету.
Навигация Уникальное сочетание компонентов на одном чипе Готовность к реальному использованию Запутанные фотоны и гиперэнтанглмент Следующие шаги в развитии квантовых сетей
Группа ученых из Национальной лаборатории Оук-Ридж в США сделала значительный шаг к воплощению квантового интернета, создав первый в мире чип, объединяющий несколько ключевых квантово-фотонных функций. Этот прорыв открывает путь к массовому производству компактных и доступных устройств, способных передавать квантовую информацию по обычным оптоволоконным сетям. Благодаря такому решению сложные лабораторные эксперименты могут превратиться в реальные прикладные технологии.
Ученые доказали, что их новый чип способен создавать и управлять запутанными фотонами – частицами света, используемыми для формирования квантовых битов (кубитов). Именно благодаря запутанности квантовые устройства могут обмениваться информацией на расстоянии, оставаясь при этом взаимосвязанными. Такая технология является основой создания защищенных коммуникационных сетей будущего.
Уникальное сочетание компонентов на одном чипе
Несмотря на то, что отдельные фотонные элементы уже размещались на микрочипах раньше, это первый случай, когда удалось объединить все необходимые функции в одном устройстве. Как объяснил ведущий автор исследования Джо Лукенс, подобная интеграция позволяет выйти за рамки лабораторных демонстраций и перейти к масштабируемым решениям.
Созданный чип обеспечивает широкополосную поляризационную запутанность – ключевую характеристику для квантовых сетей. Это достигается благодаря специальным микрокольцевым резонаторам и поляризационным разделителям, управляющим направлением колебаний световой волны. Все это умещается на плоскости микрочипа, что открывает возможности для массового производства.
Готовность к реальному использованию
Один из важнейших аспектов инновации — совместимость с существующей инфраструктурой. Фотоные кубиты, которые создают новый чип, можно передавать через обычные телекоммуникационные оптоволокна. Это значит, что для внедрения квантового интернета не придется строить отдельные сети – достаточно будет обновить оборудование.
Хотя процесс генерации и кодирования кубитов остается достаточно сложным и дорогостоящим, интегрированные чипы, как этот, позволяют значительно снизить затраты. Ученые отмечают, что в перспективе новые чипы смогут работать как модули в квантовых сетях без необходимости в дополнительных сложных оптических устройствах.
Запутанные фотоны и гиперэнтанглмент
Ключевой особенностью устройства явилось создание 116 отдельных пар каналов для передачи запутанных фотонов. Большинство из них показали высокий уровень точности, являющийся рекордным показателем в своей категории. Это позволяет увеличить объем информации, которую можно передать одновременно, а также повысить стабильность соединения.
Команда ORNL также отмечает, что в будущем такой чип может быть использован для создания гиперэнтанглмента – запутанности не только по поляризации, но и по цвету света. Такой подход позволит передавать больше данных через различные «измерения» фотонов, как несколько многогранных кубиков, синхронно показывающих одинаковые грани независимо от расстояния.
Следующие шаги по развитию квантовых сетей
Работа над новым чипом стала частью более масштабного проекта, имеющего целью создание полноценной квантовой сети. Хотя окончательный вид такого интернета пока неизвестен, каждая новая технология приближает ученых к цели. Массовое внедрение таких чипов позволит не только улучшить безопасность цифровых коммуникаций, но открыть новые горизонты в вычислениях и хранении информации.
Поддержка исследования поступила от Министерства энергетики США, Национального научного фонда и Лаборатории военно-воздушных сил, что свидетельствует о стратегической важности этой разработки. В ближайшее время технология может перейти со стадии лабораторных экспериментов к практическому применению в телекоммуникационных сетях нового поколения.
Напомним, ранее мы писали о том, как выстроить сознательное партнерство с машиной.
