Инженерлер алғаш рет кванттық сигналдарды коммерциялық оптикалық желілер арқылы стандартты интернет-протоколдарды пайдаланып сәтті жеткізді. Бұл тәжірибе кванттық желілердің дәстүрлі интернет инфрақұрылымында да жұмыс істей алатынын көрсетті. Сынақтар Verizon кампусының оптикалық желісінде жүргізілді.

Кванттық коммуникациядағы серпіліс

Пенсильвания университетінің командасы Q-chip деп аталатын шағын чип жасап шығарды. Бұл чип кванттық және классикалық деректерді қазіргі интернеттегі сияқты бірдей протоколдар арқылы үйлестіріп жеткізеді. Бұл «кванттық интернетті» құруға жол ашады, яғни кванттық компьютерлерді біріктіріп, ақпаратты бірлесіп өңдеуге мүмкіндік береді. Коммерциялық желіде алғаш рет бұл чип тек кванттық сигналдарды жеткізіп қана қоймай, автоматты түрде кедергілерді түзетіп, кванттық және классикалық деректерді стандартты интернет-пакеттерге біріктіріп, оларды бар мекенжайлау және басқару жүйелері арқылы бағыттай алатыны дәлелденді.

Кванттық сигналдар қалай жұмыс істейді

Кванттық сигналдар «шатасқан» бөлшектердің қасиеттеріне негізделген: бір бөлшектің күйі өзгерсе, екіншісіне де бірден әсер етеді. Бұл құбылысты пайдалану кванттық компьютерлерге есептеу ресурстарын біріктіріп, қазіргі ең қуатты суперкомпьютерлер шеше алмайтын міндеттерді орындауға мүмкіндік береді.

Q-chip технологиясы және оның ерекшеліктері

Кванттық желілерді кеңейтудегі басты қиындық — кванттық бөлшектерді өлшеу олардың күйін бұзады. Бұл мәселені шешу үшін Q-chip жасалды: ол классикалық сигналдарды (қарапайым жарық) және кванттық бөлшектерді үйлестіріп жеткізеді. Классикалық сигнал кванттық сигналдан сәл бұрын жіберіледі, бұл оны бағыттауда кванттық күйді бұзбай пайдалануға мүмкіндік береді.

Жүйе теміржол пойызы принципімен жұмыс істейді: классикалық «тақырып» локомотив рөлін атқарады, ал кванттық ақпарат — жабық контейнердегі жүк секілді. Осылайша, стандартты интернет-протоколдар (IP) арқылы кванттық деректерді бар инфрақұрылыммен жеткізуге болады.

Кедергілерді еңсеру және дәлдікті қамтамасыз ету

Кванттық бөлшектерді коммерциялық желілер арқылы жеткізу кезінде температура, діріл және сейсмикалық белсенділік сияқты сыртқы факторларды ескеру қажет. Зерттеушілер қателерді түзету әдісін жасап шығарды: кедергілер классикалық сигналға әсер еткенде, бұл ақпарат кванттық сигналды өлшемей-ақ түзетуге мүмкіндік береді, осылайша оның күйі сақталады.

Сынақ барысында жүйе 97%-дан жоғары дәлдік көрсетті, бұл коммерциялық желілерге тән кедергілер мен тұрақсыздықтарды еңсеруге болатынын дәлелдеді. Чип кремнийден стандартты технологиялармен жасалған, бұл оны жаппай өндіруге және кеңейтуге мүмкіндік береді.

Кеңейту перспективалары

Ағымдағы тәжірибеде желі бір сервер мен бір тораптан тұрды, олар екі ғимарат арасында бір шақырымдық Verizon оптикалық кабелімен қосылды. Желіні кеңейту үшін қосымша чиптер жасап, оларды бар байланыс желілеріне қосу жеткілікті.

Кванттық желілерді қаладан тыс кеңейтуге басты кедергі — кванттық сигналдарды олардың шатасуын бұзбай күшейту мүмкіндігінің жоқтығы. Қауіпсіз байланыс үшін «кванттық кілттерді» жеткізетін жүйелер бар, бірақ олар кванттық процессорларды біріктіруге жарамайды.

Зерттеудің маңызы

Пенсильвания университетінің жұмысы — маңызды қадам: чип кванттық сигналдарды коммерциялық желілер арқылы интернет-пакет маршрутизациясы, динамикалық ауыстыру және қателерді түзету мүмкіндіктерімен, қолданыстағы протоколдармен үйлесімді түрде жеткізе алатынын көрсетті.

Тәжірибе Пенсильвания университетінің Инженерия және қолданбалы ғылымдар мектебінде Gordon and Betty Moore Foundation, Office of Naval Research, National Science Foundation, Olga and Alberico Pompa professorship және PSC-CUNY сыйлығының қолдауымен өтті. Зерттеуге Пенсильвания университеті мен City University of New York қызметкерлері де қатысты.