Напомним нашим читателям, что когда два фотона, частицы света, запутываются на квантовом уровне, они демонстрируют так называемую квантовую корреляцию. Другими словами, изменение состояния одной из частиц приводит к моментальному изменению состояния второй запутанной частицы, невзирая на разделяющее их расстояние, которое может быть сколь угодно большим. Это явление используется в квантовом протоколе, разработанном еще в 2005 году. Тонкие измерения состояния одного из запутанных фотонов моментально приводят к изменению состояния первого и второго фотона, а комбинация условий проведения измерений позволяет практически со 100-процентной вероятностью установить требуемое квантовое стояние пары запутанных фотонов.

Описанный выше протокол стал базой квантовой локальной сети, соединившей пока три узла, расположенные в разных местах кампуса лаборатории Ок-Ридж, а для передачи запутанных фотонов света использовались элементы существующей волоконно-оптической инфраструктуры. К сожалению, существующие оптические усилители, маршрутизаторы и другие коммуникационные устройства несовместимы с технологиями передачи квантовой информации, так как их вмешательство тут же разрушает хрупкое явление квантовой запутанности. Поэтому исследователям пришлось создать квантовые аналоги таких устройств и устройств, обеспечивающих сопряжение квантовой сети и традиционной локальной сети.

Помимо этого, квантовая сеть нуждается в крайне точной синхронизации всех узлов, так как каждому из этих узлов выделяется для работы строго определенный промежуток времени. Для синхронизации исследователи использовали сигналы системы GPS, в которых содержатся метки времени, генерируемые атомными часами, что позволило обеспечить синхронизацию с точностью до нескольких наносекунд и гарантировать то, что такой уровень синхронизации будет сохраняться в течение всей продолжительности работы квантовой локальной сети.

Проведенные испытания показали, что квантовая локальная сеть вполне способна обеспечить высокую пропускную способность при крайне низком уровне ошибок. При этом, в случае отключения GPS-синхронизации качество работы сети снижалась до неприемлемых величин.

А в ближайшем будущем исследователи планируют использовать более совершенные методы синхронизации, что позволит им сократить количество возникающих в сети случайных значений (шума) и повысить качество ее работы. Так же в существующую сеть будут добавлены новые узлы и специально разработанные устройства-маршрутизаторы, которые превратят всю сеть во множество взаимосвязанных квантовых сетей меньшего масштаба, что уже само по себе является первым прототипом будущего квантового Интернета.