Kvantové internetové palce blíže díky novému čipu-pomáhá paprskové kvantové signály přes kabely z optických vláken v reálném světě
Vědci poslali kvantové signály přes standardní optické kabely s optickými vlákny pomocí stejného konektivity, které pohánějí dnešní web, což by mohlo být hlavním krokem k funkční kvantové internetu.
Ve studii zveřejněné 28. srpna v časopise VědaVědci použili kvantový čip vytvořený na míru k zabalení kvantových dat spolu se standardním optickým signálem a přenášením přes komerční infrastrukturu.
„Na rozdíl od dřívějších experimentů, které vyžadovaly izolované, laboratorní nastavení nebo specializovanou infrastrukturu, tento přístup poprvé integruje kvantovou komunikaci do sítí v reálném světě,“ autor vedoucí studie Liang FengProfesor materiálových věd a elektrotechniky na University of Pennsylvania řekl v e -mailu Live Science.
„Náš Q -Chip umožňuje ovládání kvantových signálů a klasických signálů, takže spolu cestují po stejných optických kabelech pomocí standardních internetových protokolů.“
Proč internet nemůže odesílat kvantová data?
Kvantová data jsou přenášena qubits – Základní jednotky kvantových informací. Na rozdíl od klasických počítačových bitů, které jsou reprezentovány jako 0 nebo 1, mohou qubits existovat v a superpozice obou států.
Související: Vědci používají poprvé k vytváření polovodičů kvantového stroje – a mohlo by to transformovat, jak se čipy vyrábějí
Qubits se mohou také stát zapletenýcož znamená, že stav jednoho je symbioticky spojen se stavem jiného, bez ohledu na to, jak daleko jsou. Tyto vlastnosti povolí Kvantové počítače Provést výpočty daleko za dosah konvenčních počítačů – spíše paralelně než v pořadí.
Tyto stejné vlastnosti však také činí kvantová data notoricky křehká. Kvantové stavy Kolaps, když jsou pozorovány nebo měřeny, takže kvantové informace jsou s nimi velmi obtížné pracovat. V klasickém internetu je provoz řízen směrovači, které čte a interpretují informace, jak se pohybuje v síti. To nelze provést s kvantovými částicemi bez zničení samotných přenášených dat, protože superpozice se zhroutí, jakmile je pozorována.
Jak funguje Q-Chip
Q-Chip, který je zkratka pro „kvanto-klasický hybridní internet fotonikou“, řeší tuto výzvu spárováním každého kvantového signálu s klasickou „záhlaví“-datový paket obsahující informace o směrování a časování, který je kódován do optického laserového pulsu.
Jak tato informace prochází sítí, je kontrolována směrovači – zařízeními, která řídí internetový provoz čtením informací o paketech a předáním do správného cíle. Směrovače použijí záhlaví k určení, kam by data měla jít a jak je tam dostat.
Načasováním klasických a kvantových signálů pro cestování společně v synchronizovaném impulsu umožňuje čip směrovače číst navigační informace o záhlaví bez interakce nebo narušení kvantového signálu. To umožňuje obě cestovat společně prostřednictvím standardních protokolů IP.
Zatímco vědci již dříve prokázali, že kvantová data mohou být přenášené přes standardní optické kabelyvčetně vedle Klasická data ve stejném pásmu vlnové délkyTato nejnovější studie znamená poprvé, kdy byly kvantové signály přenášeny pomocí standardní IP na živé infrastruktuře v reálném světě.
To je zásadní, protože se vyhýbá potřebě samostatné sítě pouze pro kvantu, což výrazně snižuje bariéru k nasazení a škálování kvantového internetuřekl Feng.
„Používání standardních protokolů IP znamená, že Q-Chip umožňuje spravovat kvantovou komunikaci jako běžný internetový provoz s již rozvinutými nástroji pro směrování, adresování a koordinaci,“ řekl Live Science.
„Připevněním klasických„ záhlaví “k kvantovým datům může Q -Chip směrovat a spravovat kvantové signály pomocí vyvinutých klasických fotonických zařízení, systémů a infrastruktury, aniž by narušila jemné kvantové stavy, což z něj činí první praktickou demonstraci kvantové komunikace, která se hodí do stávající internetové architektury.“
Pro testování systému vytvořil tým jednoduché spojení mezi serverem a uzlem přijímače pomocí 1 kilometru (0,6 mil) komerčního vlákna provozovaného telekomunikační společností Verizon.
Protože klasický záhlaví a kvantový signál reagují na rušení prostředí podobným způsobem, mohl tým použít klasický signál k opravě šumu, aniž by narušil kvantový stav. To zajistilo, že data dosáhla nedotčená cíle.
Zatímco nastavení pilota bylo malé, vědci se domnívají, že znamená základní krok k kvantovému internetu v plném měřítku, který by mohl propojit kvantová zařízení-zejména proto, že Q-Chip je vyroben z křemíku a vyroben pomocí stávajících procesů, což znamená, že může být hromadně vyráběn.
„V příštích 5-10 letech se rané fáze kvantového internetu pravděpodobně zaměří na místní sítě a/nebo kvantový internet v metru,“ řekl Feng Live Science. „Aplikace (mohly by zahrnovat) bezpečná komunikace, propojení kvantových počítačů a distribuované kvantové snímání, jako je ultra-precizní navigace nebo načasování.“
