Напредна квантна мрежа могла би бити прототип за квантни интернет

Једна од најсложенијих квантних мрежа изграђених до данас омогућила би 18 људи да безбедно комуницирају захваљујући моћи квантне физике. Истраживачи који стоје иза овог рада кажу да нуди практичан пут за изградњу глобалног квантног интернета, али други су скептични.

Дуго обећани квантни интернет омогућио би квантним рачунарима да комуницирају на даљину размењујући честице светлости зване фотони који су међусобно повезани квантним заплетом. Такође би омогућило повезивање мрежа квантних сензора или класичних рачунара да шаљу и примају комуникације које се не могу хаковати. Али спајање квантног света није тако једноставно као полагање каблова, јер је изазов да се обезбеди да један чвор мреже може бити запетљан са другим.

Сада, Ксианфенг Цхен са Шангајског универзитета Јиао Тонг, Кина, и његове колеге су показали како да повежу две квантне мреже заједно. Прво су изградили две мреже, свака са по 10 чворова, од којих су сви делили квантну преплетеност – ефективно две мале верзије квантног интернета. Затим су жртвовали по један чвор из сваке мреже како би спојили та два у једну већу, потпуно заплетену мрежу у којој би сваки пар између 18 преосталих чворова могао да комуницира.

Умрежавање 18 класичних рачунара био би једноставан задатак, који захтева само изузетно јефтине компоненте, али у квантном свету то укључује дељење појединачних фотона између више корисника са тако прецизним временом да захтева најсавременију технологију и стручност. Чак је и комуникација између пара уређаја сложена, али омогућавање било ком пару међу 18 корисника да комуницира је без преседана.

„Наш приступ нуди кључну могућност за квантну комуникацију преко различитих мрежа и користан је за изградњу квантног интернета великих размера који омогућава комуникацију међу свим корисницима“, пишу истраживачи, који нису одговорили на захтев за коментар, у раду о свом раду.

Ова фузија мреже, како је истраживачи описују, захтева процес који се зове замена заплета. Фотони се могу учинити квантно замршеним извођењем одређеног посматрања које се зове Беллово мерење. Истовремено мерење стања једног фотона из сваког од два пара заплетених фотона ефективно повезује два најудаљенија фотона у ланцу, али троши измерене фотоне јер сваки покушај да се директно провери њихово стање уништава крхку квантну равнотежу.

„Ово није први пут да је приказана замена запетљаности“, каже Сидарт Џоши са Универзитета у Бристолу, Велика Британија. „Оно што су урадили је да су креирали шему у којој можете да вршите замену између мрежа на мало погоднији начин.

Џоши каже да је истраживање квантних комуникација тренутно подељено између слања информација између два уређаја на све веће удаљености, понекад чак и са једним на сателиту, и покушаја да се створе протоколи и методе за поуздано умрежавање много уређаја на малим удаљеностима. Ово истраживање спада у други табор. „И једно и друго су веома важне“, каже он.

Али Роберт Јанг са Универзитета Ланкастер у Великој Британији каже да, иако је резултат феноменално техничко достигнуће које захтева вештину и огромне ресурсе, верује да због цене и сложености није вероватно да ће деловати као прототип за будуће, широке квантне мреже.

„То је тако далеко од практичног и толико је далеко од било чега што би се могло применити у стварном свету“, каже Јанг. „Тврдња овог документа је да је ово будућност начина на који можете спојити квантне мреже, али постоји толико много изазова које треба решити у постизању тога да је то фрустрирајуће.“

Један од проблема је потреба за такозваним квантним репетиторима за слање информација на велике удаљености. Фотони се све више губе у оптичким кабловима како се удаљеност повећава, а пошто се квантне информације не могу прочитати и поново пренети – пошто мерење уништава стање фотона – сигнали се не могу појачати на њиховој путањи. Радни квантни репетитор би омогућио да се сигнали гурају на веће удаљености, али се показало да су ови уређаји неухватљиви за конструисање.

„Практично, када градимо квантну мрежу, знамо да ће нам заиста бити потребан неки облик квантног репетитора“, каже Јанг – нешто што ова демонстрација мреже не бави.