Квантов интернет по обикновен кабел: за първи път в историята квантови данни се прехвърлят чрез стандартен IP протокол
Представете си мощта на стотици суперкомпютри, събрани в едно устройство, което може да моделира нови медикаменти на молекулярно равнище или да основава материали с невиждани свойства. Това не е научна фантастика, а заричане за света на квантовите калкулации. Тази невероятна мощност обаче до неотдавна имаше един главен минус: изолацията. Квантовите компютри, сходно на самотните гении, не умееха да споделят между тях на огромни дистанции. Но какво би станало, в случай че мрежата на бъдещето не изисква построяването на нова инфраструктура, а може да употребява към този момент съществуваща такава?
Точно подобен пробив е направил екип от инженери от Университета на Пенсилвания. В опит, който може да се назова революционен, те изпратиха квантови данни по общоприет оптичен кабел от комерсиалния провайдър на интернет услуги Verizon, като използваха същия интернет протокол (IP), който сега доставя тази публикация на вашия екран. Това не е просто механически трик, а може би първата практическа стъпка към превръщането на другите квантови устройства в единна световна мрежа.
„ Спагети “ от оптични нишки Защо квантите по този начин не харесват нашия интернет?
За да разберем мащаба на достижението, би трябвало да осъзнаем каква е главната бездна сред класическия и квантовия свят. Познатият ни интернет работи по елементарни правила. Данните в него са потоци от светлина, кодирани като нули и единици. Мрежовото съоръжение (рутери, суичове) непрекъснато „ гледа “ тези данни, прочита адреса на местоназначението и насочва мрежовия пакет в вярната посока. Този развой на „ четене “ е безусловно безопасен за класическата информация.
При квантовата информация е тъкмо противоположното. Той се основава на удивителни феномени като квантовото усложнение. Представете си две частици, свързани с невидима нишка: каквото и да се случи с едната от тях, другата ще реагира незабавно, даже да са разграничени от километри. В тази нежна връзка се крие цялата магия. Но има една измама: щом се опитате да „ погледнете “ сходна парченце, с цел да разберете нейното положение, цялата квантова магия изчезва. Измерването унищожава заплитането.
Така се получава чудноват абсурд: с цел да изпратите квантов сигнал по мрежата, би трябвало да знаете къде отива. Но с цел да знаете това, би трябвало да го измерите, а измерването го унищожава. Ето за какво основаването на квантов интернет изглеждаше като задача, изискваща изцяло нова, обособена инфраструктура.
Локомотив за квантовия трен
Инженери от Пенсилвания измислиха гениално елементарен метод за заобикаляне на казуса. Тяхното решение е дребен „ Q-чип “, който работи като образован диспечер на влакова гара. Идеята е в никакъв случай да не се допира самият скъп квантов „ товар “.
Вместо това чипът генерира хибриден пакет от данни, който наподобява на трен. Напред се устремява „ локомотивът “ – нормалният, типичен светлинен сигнал. Той съдържа цялата служебна информация: адреса на местоназначението, данните за промяна на грешките и така нататък А до него, в „ запечатан вагон “, пътува нежният квантов сигнал – самите заплетени частици.
Мрежовото съоръжение по пътя взаимодейства единствено с „ локомотива “. То прочита заглавието му, схваща къде да насочи целия „ трен “ и го изпраща по-нататък по маршрута. Самият квантов „ вагон “ остава непокътнат. Той не се мери или ревизира – просто следва своя типичен кондуктор. Този метод разреши да се направи невероятното: да се накарат квантовите данни да се подчиняват на разпоредбите на общоприетия интернет протокол (IP). Всъщност учените са предиздвикали квантовата информация да се „ преструва “ на елементарен интернет трафик, употребявайки класическия сигнал като паспорт, който може да се демонстрира на всички „ постове “ на мрежовата инфраструктура.
Тест в действителността: строителство, метеорологични условия и градски звук
Едно нещо е опитът да се организира в стерилните условия на лаборатория, където всичко е съвършено калибрирано. Съвсем друго е да излезете на терен, на действителните търговски линии. Градската оптична мрежа е безредна среда. Някъде наоколо се прави строителство, което основава вибрации; температурата на кабела се трансформира вследствие на метеорологичните промени; преминаващият трафик прибавя фонов звук. Всяко от тези въздействия е евентуален палач за нежното квантово положение.
И тъкмо тук се демонстрира втората мощна страна на хибридния метод. Класическият „ локомотив “ и квантовият „ вагон “ пътуват по една и съща „ релса “ – оптичното влакно. Това значи, че всички външни разстройства (разклащане, температурни скокове) им въздействат на практика еднообразно.
Тъй като класическият сигнал може да се мери колкото си поискате, инженерите са предиздвикали системата да проучва разстройствата в „ локомотива “ и въз основа на тези данни да предвижда какви разстройства е получил идващият квантов сигнал. След това чипът прави самодейна промяна, като на процедура „ поправя “ квантовото положение, без въобще да го мери. При тестванията системата е посочила изумителна акуратност на предаване от над 97%. Това е доказателство, че технологията е жизнеспособна освен на доктрина, само че и в действителния свят.
Сървърната Какво следва? Пътната карта към квантовото бъдеще
Означава ли това, че на следващия ден ще имаме квантов интернет? Не, и създателите на проучването не го крият. Основната спънка пред световната мрежа е затихването на сигнала. Квантовите сигнали, както и класическите, отслабват с дистанцията. Но в случай че един елементарен сигнал може елементарно да бъде интензивен, то при квантовия това към момента е невероятно – всеки един усилвател по своята същина е измервателно устройство, което ще унищожи заплитането.
Така че на този стадий става въпрос за основаване на градски и районни квантови мрежи, свързващи изследователските центрове и клъстерите от квантови компютри. Постижението на екипа от Пенсилвания не е крайната точка, а по-скоро прокарването на първата права от автомагистралата към бъдещето. Те не са решили всички проблеми, само че са предложили повсеместен и мащабируем стандарт за решаването им.
Както успешно означи един от създателите на публикацията, това е като през 90-те години на предишния век, когато университетите едвам започваха да свързват локалните си компютърни мрежи. Тогава никой не е могъл да планува появяването на обществените мрежи, стрийминг услугите или онлайн банкирането. Днес се намираме в сходен миг. Инженерите отвориха вратата, като демонстрираха по какъв начин могат да се комбинират два разнообразни свята – класическият и квантовият. А какви невероятни благоприятни условия ни чакат зад тази врата, единствено времето ще покаже.
