Китайцы поймали фотоны голыми руками — без резонаторов, но с претензией на квантовый интернет
NewsMakerЭто не должно было сработать. Но они сделали всё красиво.
Китайские физики совершили важный прорыв на пути к созданию масштабируемых квантовых сетей. Исследователи из Университета науки и технологий КНР впервые продемонстрировали успешное хранение фотонов в ридберговском суперкоме с подтверждением результата — при этом обошлись без традиционных оптических резонаторов высокой добротности. Такой подход может значительно упростить реализацию распределённых квантовых систем и ускорить развитие защищённой связи нового поколения.
В отличие от классических вычислительных или коммуникационных платформ, квантовые технологии опираются на неинтуитивные свойства микромира — такие как суперпозиция и квантовая запутанность. Особенно перспективным направлением считаются квантовые сети, где узлы (квантовые устройства) обмениваются состояниями при помощи фотонов. Эти частицы обладают малой подверженностью внешним возмущениям и способны передавать информацию на большие расстояния без разрушения квантового кода.
Однако ключевая задача таких сетей — обеспечить надёжную квантовую память. Недостаточно просто передать фотон: необходимо убедиться, что он действительно был принят и сохранён, при этом не разрушив его квантовое состояние. Именно для этого применяется метод сигнального хранения (heralded storage) — техника, при которой появление вспомогательного сигнала (герольда) говорит об успешной записи фотона в память, не нарушая его внутренних характеристик.
До недавнего времени считалось, что такую операцию возможно реализовать только с помощью cavity-QED — систем, в которых фотоны многократно отражаются внутри высокодобротных зеркальных резонаторов. Но группа профессора Сяо-Хуэя Бао показала, что можно добиться сопоставимого результата и без столь сложной архитектуры.
Ридберговский суперком — облако ультрахолодных атомов, способное в особом режиме вести себя как единый квазичастичный объект с коллективными квантовыми свойствами. Ранее этот инструмент уже применялся командой для генерации атомно-фотонной запутанности . Теперь же было показано, что тот же механизм позволяет реализовать полноценное квантовое хранение фотона с герольдовым подтверждением.
Первоначальный замысел предполагал использование двух таких квантовых хранилищ, где информация кодировалась бы в пространственном положении фотона. Однако этот подход оказался чрезмерно ресурсоёмким и сложным в технической реализации. Тогда исследователи перешли к схеме с одним суперкомом и применили time-bin кодирование — способ, при котором информация записывается во временном интервале прихода фотона.
Это решение оказалось гораздо устойчивее и проще в исполнении. Экспериментально было зафиксировано, что квантовое состояние действительно сохраняется, а наличие сигнала-подтверждения позволяет удостовериться в успешной записи, не прибегая к разрушительным измерениям.
Благодаря новой методике исследователям удалось напрямую создать квантовую запутанность между двумя удалёнными узлами — без привлечения промежуточного ретранслятора. Это заметно упрощает архитектуру распределённых сетей и повышает их устойчивость к сбоям. По мнению авторов, такая реализация может лечь в основу полноценной городской квантовой инфраструктуры , способной соединять устройства, расположенные на расстоянии десятков километров.
Кроме того, технология открывает перспективы для построения распределённых вычислительных систем , защищённой передачи данных и других решений, где критически важно сохранить целостность и подлинность квантовой информации. Это особенно актуально в контексте квантовой криптографии , где малейшее вмешательство способно нарушить состояние и сделать коммуникацию уязвимой.
Китайские физики совершили важный прорыв на пути к созданию масштабируемых квантовых сетей. Исследователи из Университета науки и технологий КНР впервые продемонстрировали успешное хранение фотонов в ридберговском суперкоме с подтверждением результата — при этом обошлись без традиционных оптических резонаторов высокой добротности. Такой подход может значительно упростить реализацию распределённых квантовых систем и ускорить развитие защищённой связи нового поколения.
В отличие от классических вычислительных или коммуникационных платформ, квантовые технологии опираются на неинтуитивные свойства микромира — такие как суперпозиция и квантовая запутанность. Особенно перспективным направлением считаются квантовые сети, где узлы (квантовые устройства) обмениваются состояниями при помощи фотонов. Эти частицы обладают малой подверженностью внешним возмущениям и способны передавать информацию на большие расстояния без разрушения квантового кода.
Однако ключевая задача таких сетей — обеспечить надёжную квантовую память. Недостаточно просто передать фотон: необходимо убедиться, что он действительно был принят и сохранён, при этом не разрушив его квантовое состояние. Именно для этого применяется метод сигнального хранения (heralded storage) — техника, при которой появление вспомогательного сигнала (герольда) говорит об успешной записи фотона в память, не нарушая его внутренних характеристик.
До недавнего времени считалось, что такую операцию возможно реализовать только с помощью cavity-QED — систем, в которых фотоны многократно отражаются внутри высокодобротных зеркальных резонаторов. Но группа профессора Сяо-Хуэя Бао показала, что можно добиться сопоставимого результата и без столь сложной архитектуры.
Ридберговский суперком — облако ультрахолодных атомов, способное в особом режиме вести себя как единый квазичастичный объект с коллективными квантовыми свойствами. Ранее этот инструмент уже применялся командой для генерации атомно-фотонной запутанности . Теперь же было показано, что тот же механизм позволяет реализовать полноценное квантовое хранение фотона с герольдовым подтверждением.
Первоначальный замысел предполагал использование двух таких квантовых хранилищ, где информация кодировалась бы в пространственном положении фотона. Однако этот подход оказался чрезмерно ресурсоёмким и сложным в технической реализации. Тогда исследователи перешли к схеме с одним суперкомом и применили time-bin кодирование — способ, при котором информация записывается во временном интервале прихода фотона.
Это решение оказалось гораздо устойчивее и проще в исполнении. Экспериментально было зафиксировано, что квантовое состояние действительно сохраняется, а наличие сигнала-подтверждения позволяет удостовериться в успешной записи, не прибегая к разрушительным измерениям.
Благодаря новой методике исследователям удалось напрямую создать квантовую запутанность между двумя удалёнными узлами — без привлечения промежуточного ретранслятора. Это заметно упрощает архитектуру распределённых сетей и повышает их устойчивость к сбоям. По мнению авторов, такая реализация может лечь в основу полноценной городской квантовой инфраструктуры , способной соединять устройства, расположенные на расстоянии десятков километров.
Кроме того, технология открывает перспективы для построения распределённых вычислительных систем , защищённой передачи данных и других решений, где критически важно сохранить целостность и подлинность квантовой информации. Это особенно актуально в контексте квантовой криптографии , где малейшее вмешательство способно нарушить состояние и сделать коммуникацию уязвимой.