Развернута первая квантовая сеть, основанная на использовании явления запутанности

Группа исследователей из исследовательской организации QuTech, Нидерланды, объявили о развертывании первой демонстрационной квантовой сети, в которой используется явление квантовой запутанности. В состав этой сети входит сейчас три узла, являющиеся отдельными квантовыми процессорами, и, несмотря на ее простоту, эта сеть является демонстрацией работоспособности ряда новых технологий и ключевых квантовых сетевых протоколов, которые в будущем могут стать основой более совершенных протоколов, на базе которых будет работать так называемый квантовый Интернет.

Отметим, что первые шаги к созданию квантового Интернета были сделаны еще несколько лет назад, когда ученым удалось связать два квантовых устройства и обеспечить возможность прямого обмена информацией между ними. Однако, для создания масштабируемой квантовой сети жизненно важна необходимость возможности передачи квантовой информации через промежуточные узлы, которые являются аналогами маршрутизаторов в нынешнем Интернете.

Явление квантовой запутанности как нельзя лучше подходит для реализации функций квантовой маршрутизации, ведь запутанность можно установить между практически любыми двумя крошечными частицами, которые могут находиться на сколь угодно большом расстоянии. При этом, сохраняется возможность соединения узлов сети через промежуточный узел, что и было продемонстрировано исследователями из QuTech, Делфтского технического университета и организации TNO.

Как уже упоминалось выше, созданная исследователями элементарная квантовая сеть состоит из трех квантовых процессоров, находящихся в одном здании, но на некотором удалении друг от друга. Для того, чтобы заставить все это работать, как полноценная коммуникационная сеть, исследователям пришлось разработать ряд новых квантовых протоколов и использовать некоторые новые технологии. Средний узел сети, назовем его Б, имеет прямую квантовую связь с двумя внешними узлами, А и С. У узла Б имеется дополнительный квантовый бит, который может использоваться в качестве бита буферной памяти или для сохранения установленной ранее квантовой связи. После установления связей А-Б и Б-С на узле Б выполняется череда квантовых операций, благодаря которым узел Б становится "прозрачным" для узлов А и С, обеспечивая прямую квантовую связь А-С.

Одним из самых важных аспектов новых квантовых протоколов является то, что успешное выполнение каждой операции подтверждается установкой соответствующего флага. Эта возможность особо важна для масштабирования будущих квантовых сетей, оповещения при помощи флагов будут работать там, где присутствуют "стыки" разных протоколов и технологий. "Наличие подтверждающих сигналов позволит нам реализовать технологию квантового распределения ключей шифрования, запустить процедуру квантовых вычислений или активировать какой-либо другой квантовый протокол" - пишут исследователи.

И в заключении следует отметить, что созданная исследователями квантовая сеть является своего рода универсальным испытательным стендом для разработки и тестирования аппаратных и программных средств будущего квантового Интернета. "Наши специалисты уже изучают вопросы совместимости разработанных ими квантовых технологий и протоколов с существующими квантовыми и традиционными системами" - пишут исследователи, - "А нашим следующим шагом станет построение более масштабной квантовой сети, которая будет использовать существующие оптоволоконные коммуникационные каналы. И, в конце концов, мы создадим первый сегмент реального квантового Интернета, QuTech's Quantum internet Demonstrator, который, согласно планам, начнет функционировать в 2022 году".