Роутер с полным контролем над фотоном. Физики проложили путь к реальному квантовому интернету

Учёные из Университета Тохоку представили фотонный маршрутизатор нового поколения, способный направлять квантовую информацию с точностью выше 99%. Такой показатель считается ключевым этапом на пути к созданию будущего квантового интернета. Устройство демонстрирует рекордно малые потери — всего 0,06 дБ (около 1,3%) — и при этом интегрируется с существующей телекоммуникационной инфраструктурой. Результат снимает давнюю проблему отсутствия практических компонентов для масштабирования квантовых коммуникаций.

Разработка работает на наносекундных скоростях и впервые показала возможность перенаправления запутанных пар фотонов без разрушения их связи. В ходе испытаний зафиксировали видимость интерференции на уровне 97%, что подтвердило: маршрутизатор корректно обрабатывает сложные состояния и сохраняет заложенную в них информацию. При этом он совместим с действующими линиями оптоволоконной связи.

Запутанность остаётся фундаментальным ресурсом для квантовых технологий. Она необходима для распределённых вычислений, прецизионных сенсоров и защищённых каналов передачи данных. Поэтому сохранение устойчивой связи между фотонами при маршрутизации становится базовым требованием для практических применений. Высокая видимость интерференции в экспериментах Университета Тохоку доказывает, что новый прибор соответствует этим условиям.

Концепция квантового интернета предполагает передачу информации с помощью отдельных фотонов. Главная инженерная трудность — разработать элементы, которые смогут перенаправлять такие частицы без искажений. Чтобы подход был универсальным, устройства должны корректно работать с разными состояниями. Чаще всего данные кодируются через поляризацию — ориентацию электрического поля фотона.

До недавнего времени не существовало компонента, который обеспечивал бы маршрутизацию фотонов произвольной поляризации на стандартных длинах волн с низкими потерями и высокой точностью. Группа профессора Фумихиро Канэда смогла решить задачу, создав электрооптический маршрутизатор. В опытах поляризация сохранялась с точностью более 99%, что показало: сигнал на выходе практически идентичен исходному.

Добиться таких характеристик удалось благодаря оригинальной конструкции. В основе прибора лежит интерферометр параллелограммной формы, который поддерживает поляризацию и сокращает число оптических компонентов. Чем меньше элементов, тем ниже потери и выше стабильность. В результате устройство сочетает минимальные искажения, работу на наносекундных скоростях, отсутствие шумов и совместимость с существующими сетями.

Исследователи подчёркивают, что предыдущие разработки страдали от высокой шумовой нагрузки, искажений и существенных потерь. Новый прибор объединил необходимые свойства в одном решении, пригодном для практического использования. Работа Университета Тохоку стала шагом к созданию полноценной инфраструктуры квантовых сетей и приблизила будущее квантового интернета.