Kvantinė Teleportacija: Naujas Žingsnis realiame Interneto Tinkle

Kvantinė teleportacija peržengia laboratorijos ribas

JAV mokslininkai pasiekė reikšmingą proveržį kvantinės komunikacijos srityje: pirmą kartą jiems pavyko teleportuoti šviesos kvantinę būseną per 30 kilometrų įprasto optinio pluošto kabeliu, kuriuo tuo pat metu judėjo aktyvūs interneto srautai. Šis unikalus 2024 m. atliktas eksperimentas ženklina esminę pažangą kvantinių tinklų ir saugios komunikacijos ateičiai.

Nors kvantinė teleportacija dažnai siejama su mokslinės fantastikos filmais, pavyzdžiui, „Žvaigždžių kelias“, tikrovėje tai reiškia ne materialių daiktų judėjimą, o itin jautrios kvantinės informacijos perdavimą. Šio eksperimento metu tyrėjams pavyko perduoti subtilią šviesos kvantinę būseną, įveikiant iki šiol neįveikiamas technines kliūtis.

Kvantinės teleportacijos principas

Kvantinė teleportacija remiasi kvantiniu susietumu—reiškiniu, kai dvi dalelės tampa taip glaudžiai susijusios, kad vienos būsena akimirksniu nulemia kitos būseną, nesvarbu, kokiu atstumu jos yra. Teleportuojant kvantinę būseną, ji sunaikinama vienoje vietoje ir atkurta kitoje, taip „perkeliant“ informaciją, neperduodant pačios dalelės per erdvę.

Tačiau kvantinės būsenos yra labai trapios. Įvairūs trikdžiai—elektromagnetinė spinduliuotė, temperatūros svyravimai ar net foninis duomenų srautas—gali pažeisti šias būsenas, dėl ko įvyksta vadinamoji dekoherencija. Jei laboratorijoje ar specialiuose kvantiniuose kompiuteriuose kvantinę informaciją apsaugoti jau pakankamai sudėtinga, jos perdavimas per komercinius optinius tinklus, kuriuose srautai matuojami terabaitais per dieną, užduotį dar labiau komplikuoja.

Technologinės naujovės: Kaip apsaugoti kvantines būsenas interneto sraute

Kad vienetinis fotonas, nešantis kvantinę informaciją, sėkmingai keliautų per gyvą optinio pluošto liniją, kuri perpildyta iki 400 gigabitų per sekundę srautais, Šiaurės Vakarų universiteto komanda pasitelkė pažangias technologijas. Jie parinko optimalias fotono bangos ilgių juostas ir kruopščiai suderino perdavimo kanalą, žymiai sumažindami riziką, kad kvantinis signalas išsisklaidys ar įsipins į tradicinius duomenų srautus.

„Išsamiai ištyrėme šviesos sklaidą ir parinkome tokią vietą spektre, kur šis efektas minimalus“, paaiškino projekto vadovas Prem Kumar iš Šiaurės Vakarų universiteto. „Tai leido mums pasiekti kvantinį ryšį be trukdžių iš klasikinių kanalų, kurie vienu metu perduoda duomenis.“

Anksčiau kvantinės komunikacijos bandymai buvo atliekami laboratorijose arba simuliuotoje aplinkoje, tačiau šis eksperimentas – pirmasis, kurio metu kvantinė būsena perduota ties realiu, veikiančiu interneto tinklu.

Pasekmės: link kvantinio interneto ateities

Ši inovacija žymi svarbų šuolį kvantinio interneto tyrimų srityje. Gebėjimas naudoti jau esamą optinio pluošto infrastruktūrą tiek kvantinių, tiek klasikinių duomenų perdavimui, atveria duris į greitesnį ir efektyvesnį kvantinių ryšių diegimą. Pasak K. Kumar, „Mūsų darbas rodo perspektyvą kurti naujos kartos kvantinius ir klasikinius tinklus, kurie galės naudotis tuo pačiu optiniu pluoštu. Tai iš esmės kelia kvantinę komunikaciją į naują lygį.“

Kvantinis internetas sudarys sąlygas išskirtinai saugiam ryšiui, kurio šifravimas grindžiamas fizikos dėsniais. Jis taip pat paskatins pažangias kvantinės kompiuterijos bei itin jautrios matavimų technologijas plėtrą, sudarydamas pagrindą proveržiams kibernetinio saugumo, paskirstytos kvantinės kompiuterijos ir sensorių srityse.

„Kvantinė teleportacija suteikia galimybę užtikrinti saugų kvantinį ryšį net ir esant dideliems atstumams“, sako Kumar. „Tinkamai pasirinkus bangos ilgius, nereikės statyti naujos infrastruktūros—klasikinės ir kvantinės komunikacijos gali egzistuoti kartu.“

Į ateitį: naujoji tinklinių kvantinių technologijų era

Kiekvienas sėkmingas bandymas priartina kvantinio interneto realybę, suteikdamas tyrėjams bei inžinieriams pažangias priemones stebėti, šifruoti ir apdoroti informaciją iki šiol neregėtu mastu. Klasikinių ir kvantinių duomenų koegzistencija esamuose tinkluose mažina perėjimo prie naujos technologinės eros kaštus ir sudėtingumą, todėl kvantinis ryšys tampa prieinamas vis labiau saugumo ir greičio reikalaujančiai visuomenei.

Išvada

Sėkmingas kvantinės teleportacijos demonstravimas aktyviuose interneto tinkluose žymi esminį kvantinės informacijos mokslo etapą. Šis pasiekimas keičia supratimą apie klasikinių tinklų ir kvantinio ryšio suderinamumą ir spartina žingsnius link visame pasaulyje apsaugotų, kvantiniu principu grįstų skaitmeninių sistemų. Su tolesniais tyrimais išnyksta riba tarp įprastų ir kvantinių tinklų, o kvantinės technologijos ima revoliucionuoti komunikaciją, kompiuteriją ir kibernetinį saugumą.