В Китае запутали две квантовые памяти на рекордном расстоянии 420 км

Команда физиков из Научно-технического университета Китая под руководством Си-Ю Ло смогла запутать два узла квантовой памяти, соединенных кабелем длиной 420 километров, превысив прошлый рекорд более чем в четыре раза. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Оптоволоконные сети — фундамент глобальных коммуникаций. Однако сегодня ученые пытаются вывести их возможности на новый уровень. Используя запутанные квантовые частицы, исследователи приближают создание «квантового интернета». Такая сеть обеспечит абсолютную безопасность связи и колоссальную вычислительную мощность.

Предыдущие опыты по передаче квантовой информации ограничивались дистанцией около 400 километров. Главной преградой оставалось несовершенство кабеля. Кварцевое стекло обладает естественным затуханием: каждый километр пути поглощает много фотонов. На больших расстояниях эти потери растут экспоненциально, из-за чего шансы одиночной частицы добраться до финиша стремятся к нулю.

Квантовое посредничество: схема DLCZ

Китайские физики обошли это ограничение с помощью схемы Дюана — Лукина — Сирака — Цоллера (DLCZ). Вместо попыток отправить хрупкую пару фотонов из конца в конец линии, ученые разместили на ее краях облака атомов, охлажденные до сверхнизких температур. Каждое облако генерирует один фотон, хранящий след квантового состояния своей атомной системы.

Затем эти фотоны отправляются навстречу друг другу. Им нужно преодолеть лишь половину пути — до станции посередине, где происходит их сравнение.

Успешное взаимодействие частиц в центре подтверждает: удаленные атомные облака стали квантово запутанными. При этом сами носители памяти физически никогда не соприкасались.

Преодоление теоретического предела

Для реализации идеи авторы перевели излучаемый атомами свет в инфракрасный телекоммуникационный диапазон, где потери в волокне минимальны. Также они создали систему стабилизации, которая компенсировала микровибрации кабеля и температурные сдвиги, способные разрушить тончайшую синхронизацию световых волн.

Ученые зафиксировали запутанность памяти через рекордные 420 км. На отрезках свыше 320 км их метод уверенно превзошел фундаментальный теоретический предел для прямой трансляции фотонов без использования памяти.

Эта работа стала первым доказательством того, что квантовые сети на основе памяти способны превзойти прямую передачу данных. Эксперимент открывает путь к надежному объединению удаленных квантовых компьютеров и созданию защищенных сетей связи масштаба целой страны.