Toshiba счупи рекорда за квантова комуникация по 600 км оптика

Технология на Toshiba подобрява шест пъти рекорда за квантова комуникация
(снимка: CC0 Public Domain)

Квантовите компютри и квантовият интернет някой ден може би ще помогнат на света да се справи с някои гигантски проблеми. Сега светът е стъпка по-близо до тази реалност, тъй като изследователите на Toshiba демонстрираха квантови комуникации, изпращайки данни през рекордно дълго трасе: 600 км оптични влакна.

В традиционните компютри информацията се кодира в битове. Всеки къс данни бива представен като нула или единица. Но в квантовите компютри информацията се кодира в квантови битове (или кюбити), които могат да бъдат или единица, или нула, или едновременно и двете. Това драстично разширява потенциалната им изчислителна мощ. А това пък означава, че те могат да се справят с проблеми извън обхвата на обикновените компютри.

Миналата година, например, китайски квантов компютър, наречен Jiuzhang, бе извършил за 200 секунди изчисление, което би отнелно на обикновен суперкомпютър 2,5 милиарда години.

Но предизвикателството при квантовите изчисления е, че кюбитите са чувствителни към смущения от околната среда. Малки колебания в температурата или вибрации заплашват да разбъркат данните. Това затруднява предаването на квантова информация на големи разстояния.

Сега изследователите от Toshiba твърдят, че държат рекорда за най-дълго разстояние за квантови комуникации чрез оптични влакна. Ключът е нова техника за стабилизиране чрез „двойна лента“, която те са разработили. При тази технология, обясняват учените, „се изпращат два оптични референтни сигнала заедно със самите кюбити, кодирани като фазово забавяне на слаб оптичен импулс“.

Първият референтен сигнал е с дължина на вълната, предназначена да премахва колебанията от околната среда, докато вторият работи при същата дължина на вълната като самите кюбити и се използва за прецизно управление на фазата на светлината.

Използвайки тази техника, екипът на Toshiba е успял да поддържа квантовия сигнал постоянен до няколко десетки нанометра. Това от своя страна им е позволило да предадат данните по над 600 км оптични влакна – около шест пъти повече от предишния рекорд.

Но подобна дистанция не е най-отдалеченото пренасяне – сателитното предаване държи общия рекорд от над 1200 км и това е важно, защото се очаква квантовият интернет да се нуждае от комбинация от сателити и оптични влакна.

Екипът казва, че първата употреба на технологията вероятно ще бъде вид квантово криптиране – Quantum Key Distribution (QKD). Тази техника на криптиране се възползва от странното правило на квантовата физика, където самият акт на наблюдение на ключа го променя, правейки го безполезен за потенциалния хакер и предупреждавайки упълномощените потребители за опита.

„QKD се използва за гарантиране на сигурността на мрежи в градски зони през последните години“, казва Андрю Шийлдс, ръководител на отдела за квантови технологии в Toshiba Европа. „Най-новият напредък разширява максималния обхват на квантовата връзка, така че е възможно да се свързват градове от различни страни и континенти, без да се използват междинни възли. Внедрен заедно със сателитен QKD, този подход ще ни позволи да изградим глобална мрежа за квантово защитени комуникации“.