Исследователи из компании Qunnect Inc. в Бруклине, Нью-Йорк, сделали значительный шаг в развитии квантовых сетей, запустив прототип квантового интернета под улицами Нью-Йорка. Результаты их работы опубликованы в журнале PRX Quantum, кратко об этом рассказывается в пресс-релизе на Phys.org.
Для эксперимента была использована арендованная 34-километровая оптоволоконная цепь, названная петлей GothamQ. Используя поляризационно-запутанные фотоны, ученые эксплуатировали петлю в течение 15 непрерывных дней.
Запутанность представляет собой квантово-механическое явление, которое заключается в существование дальнодействующей связи, из-за которой изменение состояния одного фотона влияет на состояние другого, как бы далеко тот ни находился. Еще одним важным свойством фотонов является их поляризация — направление плоскости вращения векторов магнитной и электрической индукции относительно направления распространения частицы. Поляризация может быть использована для создания и манипулирования запутанными состояниями в квантовых сетях, сохраняя запутанность на протяжении всей передачи. Однако было обнаружено, что при передаче происходит дрейф поляризации.
Во время эксперимента инфракрасный фотон с длиной волны 1324 нанометра запутывался с фотоном с длиной волны 795 нанометра (ближний инфракрасный спектр). Последний фотон совместим по длине волны и полосе пропускания с атомными системами рубидия, которые используются в квантовой памяти и квантовых процессорах. Было обнаружено, что дрейф поляризации зависит как от длины волны, так и от времени, что потребовало от Qunnect спроектировать и построить оборудование для активной компенсации на тех же длинах волн.
В результате удалось достигнуть времени безотказной работы 99,84 процентов и точности компенсации 99 процентов для запутанных пар фотонов, передаваемых со скоростью около 20 000 в секунду. При полумиллионе запутанных пар фотонов в секунду точность все еще составляла почти 90 процентов.
Система оказалась способна сохранять высокую точность передачи запутанных состояний даже в условиях оптоволоконного кабеля, который подвержен вибрациям, изгибам и колебаниям температуры. Это достижение демонстрирует собой прорыв в создании полностью автоматизированной и стабильной квантовой сети.
