Китайські вчені створили прототип квантової мережі з двох дронів, які на відстані кілометра один від одного обмінялися заплутаними фотонами. За словами інженерів, такий мобільний розподіл заплутаності саме літальними апаратами, є набагато більш гнучким та реконфігурованим порівняно із супутниковим або оптоволоконним квантовим зв’язком. У майбутньому такі системи зможуть утворювати мобільні платформи для локального покриття квантових мереж, повідомляють у статті, опублікованій у журналі Physical Review Letters.
X.-H. Tian, H.-Y. Liu, & Z. Xie/Nanjing Univ.
Що таке квантові мережі?
Квантову інформацію зберігають у кубітах, які на відміну від нулів і одиниць бітів, можуть знаходитися в будь-якій суперпозиції цих двох станів, тобто займати значення між нулем та одиницею. До кубітів звертаються як до найнадійніших носіїв інформації завдяки їхній здатності до заплутування — зв’язку, за якого вимір характеристик однієї частинки обов’язково викриє характеристики іншої, навіть якщо вони рознесені в просторі. Тобто таким чином квантова механіка забороняє нам копіювати інформацію - перехоплення кубіту змінить його значення і тому Єва замість листування Аліси і Боба отримає випадковий набір символів.
Квантова мережа — це система передачі даних, яка покладається на ці квантові закони і тому вчені вважають її найкращим рішенням для безпечного обміну інформацією. Як кубіти зазвичай використовують фотони, а передають їх або оптоволоконним кабелем, або через супутники за допомогою лазерів.
Навіщо інженери використали дрони?
Однак, така чутливість кубітів викликає і один із головних недоліків квантових мереж — фотони сильно реагують на шум, і тому нагрівання кабелю, або шуми середовища спотворюють передачу сигналу і поглинають фотони. Так, наприклад, навіть 400 супутників не зможуть передавати дані з нормальною швидкістю на відстані більш як 7500 кілометрів, а останні експерименти з оптоволокном передають заплутаність фотонів на відстань всього 50 кілометрів. Найбільша на сьогодні квантова мережа, що базується на квантовій заплутанності, має всього вісім користувачів у Бристолі.
Вчені звернулися до дронів, які зараз вже досить поширені, щоб стати буденними. За їхніми словами, саме безпілотні літальні апарати можна використати для створення мобільної квантової мережі в різних просторових масштабах: від локальних мереж у межах кілометра до глобальних на сотні кілометрів і більше. Вони вважають, що у довгостроковій перспективі таку мережу можна буде з'єднуватися з супутниками або оптоволоконними мережами для подальшого розширення, щоб сформувати практичну багатофункціональну глобальну квантову мережу.
Як передати кубіти дронами?
Пару заплутаних фотонів утворював лазер на одному з дронів, звідки один з парних фотонів відправлявся на другий дрон, а інший — на наземну станцію. Дрон, який приймав заплутаний фотон, був ретранслятором, звідки після перефокусування, фотон летів на третій дрон, а звідти — на другу наземну станцію. Стан кожного фотона вчені потім заміряли на наземній станції, і результати показали, що фотони залишалися заплутаними. Розробники зазначають, що система виявилася стійкою до сонячного світла та навіть дощ, а окремі фотони можна зібрати і повторно передати без втрати якості променю, що дасть змогу створювати багатовузлові структури.