Инженеры Пенсильванского университета добились прорыва в области квантовых сетей, успешно передав квантовые сигналы по коммерческой волоконно-оптической сети Verizon с использованием стандартного интернет-протокола

Инженеры Пенсильванского университета добились прорыва в области квантовых сетей, успешно передав квантовые сигналы по коммерческой волоконно-оптической сети Verizon с использованием стандартного интернет-протокола, что стало первым демонстрационным примером передачи квантовых данных по действующей коммерческой инфраструктуре.

Эксперимент, результаты которого были опубликованы 25 сентября в журнале Science, использовал специальный кремниевый чип под названием «Q-chip» для координации потоков квантовых и классических данных по километровому участку университетской волоконной сети Verizon в Филадельфии. Система обеспечила сохранение точности передачи выше 97%, продемонстрировав, что хрупкие квантовые сигналы могут сосуществовать с обычным интернет-трафиком на существующей инфраструктуре.

Квантовые данные передаются вместе с классическим интернет-трафиком

Прорыв заключается в способности Q-чипа связывать квантовую информацию с классическими оптическими сигналами, которые выступают в роли навигационных заголовков. «Классический сигнал движется немного впереди квантового», объясняет ведущий автор исследования и аспирант Пенсильванского университета Ичи Чжан. «Это позволяет нам измерять классический сигнал для маршрутизации, не затрагивая квантовый сигнал».

Этот подход «поезд и груз» позволяет упаковать квантовые данные в стандартные пакеты, аналогичные интернет-пакетам, и маршрутизировать их с помощью тех же адресных систем, которые связывают обычные устройства в сети. Классический заголовок можно измерять и управлять им, не нарушая сопутствующую квантовую информацию, тем самым сохраняя хрупкие квантовые состояния, необходимые для безопасной связи и применения в квантовых вычислениях.

Профессор Лян Фэн, старший автор исследования, подчеркнул важность использования существующих протоколов: «Мы показали, что интегрированная микросхема способна управлять квантовыми сигналами в реальной коммерческой сети, такой как Verizon, используя те же протоколы, что применяются в работе классического интернета. Это ключевой шаг на пути к крупномасштабным экспериментам и практическому квантовому интернету».

Преодоление реальных инфраструктурных проблем

В отличие от лабораторных условий с контролируемыми факторами, коммерческие оптоволоконные сети сталкиваются с постоянными изменениями окружающей среды из-за колебаний температуры, вибраций, вызванных строительством, и сейсмической активности. Команда из Пенсильвании разработала метод коррекции ошибок, который использует измеряемый классический сигнал для определения необходимых исправлений для квантовых данных без прямого измерения последних.

Кремниевый дизайн Q-чипа и его совместимость с апробированными методами производства позволяют наладить массовый выпуск, что потенциально открывает возможность быстрого масштабирования по всей существующей сети оптоволоконных кабелей. «Всё, что нужно сделать для расширения сети — это изготовить больше чипов и подключить их к существующим оптоволоконным кабелям Филадельфии», отметил Фэн.

Эта практическая демонстрация представляет собой значительный шаг вперёд по сравнению с предыдущими экспериментами по квантовой сети, которые требовали специализированной лабораторной инфраструктуры или выделенных исключительно квантовых сетей. Интегрируя квантовую связь в реальные сети, данный подход существенно снижает барьеры для масштабного внедрения квантовых сетевых технологий.