Сделан первый шаг к квантовому Интернету

В одиночном атоме квантовая информация закодирована в когерентной суперпозиции двух энергетических уровней. Когда атом в узле А под действием управляющего лазера излучает фотон, информация переходит в тип поляризации последнего. По оптическому волокну фотон достигает узла Б, где когерентно поглощается переводя атом-получатель в квантовое состояние, в котором первоначально находился атом А. В итоге, атом А пребывает в готовности к получению следующего фотона, а атом Б способен передать свою информацию дальше или обратно. Такое решение поддерживает наращивание сетей до произвольных многоузловых конфигураций. Считывание квантовых состояний узлов выполняется переводом их в поляризацию фотонов, легко измеряемую инструментально.

Первой проблемой для экспериментаторов стало удержание атома в ловушке (полости с двумя близко расположенными зеркалами) — она была преодолена применением лазерных лучей, настроенных так, чтобы вносимые ими возмущения были минимальны. Затем, была решена задача управляемого испускания захваченным атомом одиночного фотона. И окончательно, удалось показать, что система из атома в полости способна служить интерфейсом для хранения информации, закодированной в фотоне, и, после определенного периода хранения, отсылать ее с другим одиночным фотоном. Опытная установка состояла из двух таких систем, представляющих узлы сети, они были смонтированы в двух лабораториях на расстоянии 21 м и соединены оптическим кабелем длиной 60 м. Фактически, впервые в мире была реализована квантовая связь между массивными частицами на столь большой дистанции.

Соавтор статьи в апрельском номере журнала Nature, Стефан Риттер (Stephan Ritter), отмечает, что в эксперименте такая дальняя квантовая связь создавалась примерно за микросекунду и сохранялась порядка 100 микросекунд. В далекой перспективе, по его мнению, в подобную когерентную квантовую систему может превратиться и весь Интернет.