В ходе нового исследования ученые Северно-Западного университета в Иллинойсе успешно отправили запутанные фотоны по оптоволоконному кабелю длиной 24,4 километра, соединяющему Эванстон и центр Чикаго, в то время как по тому же кабелю одновременно передавался интернет-трафик высокой пропускной способности. Даже на фоне потока обычных данных квантовые сигналы оставались практически неизменными, сохраняя запутанность с точностью более 94%.

Работа демонстрирует практический путь к созданию квантовых сетей будущего без необходимости в совершенно новой коммуникационной инфраструктуре. Благодаря тому, что хрупкие квантовые сигналы и мощные потоки классических данных могут передаваться по одному и тому же оптическому волокну, работа позволяет использовать одно и то же волокно для передачи обоих типов сигналов.

Квантовые сигналы очень, очень малы по сравнению с классическими сигналами, — говорит Прем Кумар из Северо-Западного университета, старший автор исследования. — Это как муравей, ползущий по дороге, на которой стоят слоны. Наши результаты показывают, что фотоны могут пережить это путешествие и сохранить свою запутанность».

В отличие от современного интернета, который хранит информацию в виде битов (нулей и единиц), квантовые сети опираются на квантовые состояния, например кубиты, в контексте квантовых вычислений. Это включает в себя квантовую запутанность — свойство, при котором квантовые состояния двух частиц неразрывно связаны, независимо от расстояния между ними. Вместо того чтобы перемещаться для передачи информации, запутанные частицы могут способствовать обмену квантовой информацией на больших расстояниях — без физического перемещения — посредством процесса, называемого телепортацией. Несмотря на то, что этот подход сверхбыстрый и безопасный, он также невероятно чувствителен к помехам. Даже малейший оптический шум может заглушить фотоны, несущие информацию

Чтобы интенсивный трафик не перегружал квантовые фотоны, исследователи переместили фотоны в более «тихую» часть оптического спектра, известную как O-диапазон. Традиционная связь осталась в C-диапазоне, где обычно работают коммерческие системы.

Поскольку эксперимент проводился между двумя физически удаленными друг от друга локациями, исследователям также требовалось синхронизировать оба конца сети с точностью до триллионных долей секунды. С помощью оптической системы синхронизации под названием White Rabbit они добились синхронизации на уровне пикосекунд. Такая точность позволила команде в режиме реального времени выявлять совпадающие пары запутанных фотонов, несмотря на интенсивный фоновый трафик.