Про це повідомляє “Kreschatic” з посиланням на SciTechDaily
Група науковців з Національної лабораторії Оук-Ридж у США зробила значний крок до втілення квантового інтернету, створивши перший у світі чип, який об’єднує кілька ключових квантово-фотонних функцій. Цей прорив відкриває шлях до масового виробництва компактних і доступних пристроїв, здатних передавати квантову інформацію по звичайних оптоволоконних мережах. Завдяки такому рішенню складні лабораторні експерименти можуть перетворитися на реальні, прикладні технології.
Науковці довели, що їхній новий чип здатен створювати й керувати заплутаними фотонами — частинками світла, що використовуються для формування квантових бітів (кубітів). Саме завдяки заплутаності квантові пристрої можуть обмінюватися інформацією на відстані, залишаючись при цьому взаємопов’язаними. Така технологія є основою для створення захищених комунікаційних мереж майбутнього.
Унікальне поєднання компонентів на одному чипі
Попри те, що окремі фотонні елементи вже розміщувались на мікрочипах раніше, це перший випадок, коли вдалося об’єднати одразу всі необхідні функції в одному пристрої. Як пояснив провідний автор дослідження Джо Лукенс, подібна інтеграція дозволяє вийти за межі лабораторних демонстрацій та перейти до масштабованих рішень.
Створений чип забезпечує широкосмугову поляризаційну заплутаність — ключову характеристику для квантових мереж. Це досягається завдяки спеціальним мікрокільцевим резонаторам і поляризаційним роздільникам, які керують напрямом коливань світлової хвилі. Усе це вміщується на площині мікрочипа, що відкриває можливості для масового виробництва.
Готовність до реального використання
Один із найважливіших аспектів інновації — сумісність з уже наявною інфраструктурою. Фотонні кубіти, які створює новий чип, можна передавати через звичайні телекомунікаційні оптоволокна. Це означає, що для впровадження квантового інтернету не доведеться будувати окремі мережі — достатньо буде оновити обладнання.
Хоча процес генерації й кодування кубітів залишається досить складним і дорогим, інтегровані чипи, як цей, дозволяють значно зменшити витрати. Вчені наголошують, що у перспективі нові чипи зможуть працювати як модулі у квантових мережах — без потреби в додаткових складних оптичних пристроях.
Заплутані фотони і гіперентанглмент
Ключовою особливістю пристрою стало створення 116 окремих пар каналів для передачі заплутаних фотонів. Більшість із них показали високий рівень точності, що є рекордним показником у своїй категорії. Це дозволяє збільшити обсяг інформації, яку можна передати одночасно, а також підвищити стабільність з’єднання.
Команда ORNL також наголошує, що у майбутньому такий чип може бути використаний для створення гіперентанглменту — заплутаності не лише за поляризацією, а й за кольором світла. Такий підхід дозволить передавати більше даних через різні “виміри” фотонів, ніби кілька багатогранних кубиків, що синхронно показують однакові грані незалежно від відстані.
Наступні кроки у розвитку квантових мереж
Робота над новим чипом стала частиною більш масштабного проєкту, що має на меті створення повноцінної квантової мережі. Хоча остаточний вигляд такого інтернету поки що невідомий, кожна нова технологія наближає науковців до цілі. Масове впровадження таких чипів дозволить не лише покращити безпеку цифрових комунікацій, а й відкрити нові горизонти в обчисленнях та зберіганні інформації.
Підтримка дослідження надійшла від Міністерства енергетики США, Національного наукового фонду та Лабораторії військово-повітряних сил, що свідчить про стратегічну важливість цієї розробки. Уже найближчим часом технологія може перейти зі стадії лабораторних експериментів до практичного застосування в телекомунікаційних мережах нового покоління.
Нагадаємо, раніше ми писали про те, як побудувати свідоме партнерство з машиною.
