Квантовая телепортация за $100. Прототип квантовой сети теперь можно собрать из оптоволокна
Учёные создали дешёвый квантовый маршрутизатор, который использует хаос света как вычислительный ресурс.
Шотландские ученые показали прототип квантовой сети, который объединяет две раздельные сети в единую, гибкую систему из восьми пользователей и умеет по запросу маршрутизировать и даже «телепортировать» запутанность. Работа стала новой планкой для масштабируемых квантовых сетей и реальным шагом к будущему квантовому интернету.
Команда построила сеть не на дорогих квантовых чипах, а на обычном оптоволокне стоимостью меньше 100 фунтов (~около $100). Физики использовали хаотическое рассеяние света внутри волокна как ресурс, превратив его в программируемый маршрутизатор квантовой запутанности. Как объясняют ученые, свет в многомодовом волокне скачет по сотням внутренних путей, и именно эта «каша» была обращена в вычислительное преимущество. Формируя состояние света на входе, исследователи фактически «программируют» волокно, превращая его сложную структуру в высокоразмерную оптическую схему.
Созданное устройство может гибко распределять квантовую запутанность между пользователями в разных конфигурациях: локальных, глобальных или смешанных. Главное — система поддерживает мультиплексирование, то есть способна обслуживать сразу нескольких пользователей параллельно, а не только одну пару за раз. Этот принцип знаком по классическим телекомам, где разные каналы передаются по одной линии связи за счёт различных длин волн, но здесь он реализован в квантовой области.
Самым впечатляющим элементом эксперимента стала одновременная передача — телепортация — запутанности между четырьмя удалёнными пользователями сразу по двум каналам. Ранее телепортация запутанности демонстрировалась, но не в столь гибкой и многопользовательской архитектуре. Управление входным светом позволяет направить запутанность куда угодно — и даже «пересадить» её — буквально используя кусок недорогого волокна.
Авторы отмечают, что эта демонстрация может оказаться важной для будущих квантовых компьютеров. Один из наиболее жизнеспособных подходов к созданию мощных квантовых вычислительных систем — объединение множества небольших квантовых процессоров в общий вычислительный кластер. Прототип Хериот-Уатта показывает сеть, которая может гибко распределять и обменивать запутанность между множеством узлов, что делает её потенциальным фундаментом для масштабируемых квантовых машин. Да, сейчас это лабораторный эксперимент, но его принципы можно расширять, подчёркивает Малик.