Исследовательская группа Китайского университета науки и технологий добилась крупного прорыва в области масштабируемых квантовых сетей, приблизив эту технологию к практическому применению. Результаты работы опубликованы в журналах Nature и Science.

Одной из ключевых задач квантовой информационной науки остаётся создание высокоэффективных и сверхзащищённых квантовых сетей, для чего требуется передача квантовой запутанности на большие расстояния. Это особое физическое явление, при котором частицы сохраняют устойчивую взаимосвязь независимо от дистанции между ними.

Квантовая запутанность необходима для защищённой связи и объединения будущих квантовых компьютеров. При этом серьёзным препятствием долгое время оставались потери сигнала в оптоволоконных линиях, из-за которых эффективность передачи резко снижается с ростом расстояния.

Для решения этой проблемы команда под руководством академика Пана Цзяньвэя сосредоточилась на технологии квантового ретранслятора. Такой подход предполагает разделение длинного канала связи на короткие участки, формирование запутанности в каждом из них и последующее их соединение. Основная сложность заключалась в кратковременности квантовой запутанности. Учёные смогли преодолеть это ограничение, разработав долгоживущую квантовую память на основе захваченных ионов, эффективный ионно-фотонный интерфейс и высокоточный экспериментальный протокол. Это позволило сохранять квантовую запутанность дольше, чем требуется для соединения сегментов.

По данным университета, это первая в мире демонстрация масштабируемого базового модуля квантового ретранслятора, что открывает путь к созданию квантовых сетей дальнего действия.

В рамках сопутствующего прорыва команда с использованием аналогичных технологий впервые продемонстрировала независимое от устройств квантовое распределение ключей в городских оптоволоконных сетях. Эта технология считается золотым стандартом защищённой связи, поскольку её безопасность гарантируется законами квантовой физики.

Эксперимент был успешно проведён на оптоволоконной линии длиной 11 километров, что примерно в 3 тысячи раз превышает предыдущие результаты. Кроме того, была подтверждена возможность генерации защищённых ключей на расстоянии до 100 километров, превзойдя прежний международный рекорд более чем на два порядка.

Учёные подчеркнули, что полученные результаты свидетельствуют о переходе квантовых сетей на основе оптоволокна от теоретических разработок к практической реализации.

«Если в ближайшие 10–15 лет универсальные квантовые компьютеры станут реальностью, квантовые ретрансляторы и независимое от устройств распределение ключей позволят объединить их в единую сеть. В этом случае квантовый интернет сможет стать реальностью», — отметил Пан Цзяньвэй.