6 Minute
Într-o bornă neașteptată pentru comunicațiile cuantice, cercetători din Statele Unite au teleportat cu succes o stare cuantică a luminii prin mai mult de 30 de kilometri de fibră optică activă care transporta trafic real de internet. Experimentul demonstrează că semnalele cuantice fragile pot supraviețui mediului zgomotos al infrastructurii de telecomunicații existente — un pas critic spre un internet cuantic practic, scheme de criptare mai rezistente și noi tehnologii de senzori.
Cum au făcut teleportarea să funcționeze într-o rețea aglomerată
Teleportarea cuantică sună ca din science-fiction: transferul stării cuantice exacte a unei particule de la un loc la altul, fără a muta particula în sine. În practică, teleportarea copiază starea cuantică probabilistică de la un foton la altul prin întrelăturare (entanglement) a două particule și efectuarea unor măsurători coordonate. Acele măsurători colapsează starea originală și, cu informația clasică potrivită, o reconstruiesc la destinație.
Dar trimiterea unui singur foton cuantic printr-o fibră deja saturată de date clasice este extrem de dificilă. Mișcarea termică, undele electromagnetice parazite și împrăștierea luminii conspiră pentru a distruge informația cuantică fragilă într-un proces numit decoerență. Echipa a depășit aceste provocări în timp ce fibra transporta aproximativ 400 gigabiți pe secundă de trafic internet — tranzacții bancare, streaming video și mesaje text circulând alături de canalul cuantic.
Fibrele optice sunt folosite pentru a transmite comunicații de internet. (alphaspirit it/Canva)
În loc să instaleze linii cuantice dedicate, cercetătorii au ajustat canalul cuantic la lungimi de undă și ferestre temporale care minimizează împrăștierea și interferența cu fluxurile clasice. Prin caracterizarea atentă a modului în care lumina se împrăștie în cablu și plasarea fotonilor într-un "punct judicios" din spectru, au redus riscul ca semnalul cuantic să se amestece cu traficul obișnuit de internet. Rezultatul: teleportare reușită a stării cuantice pe peste 30 km de fibră activă.
„Este incredibil de incitant pentru că nimeni nu credea că este posibil,” a declarat Prem Kumar, inginer în calculatoare la Northwestern University care a condus studiul. „Munca noastră arată o cale către rețele cuantice și clasice de generație următoare care împart o infrastructură unificată de fibră optică.”
De ce contează: internet cuantic fără autostrăzi noi
Demonstrările anterioare în laborator au trimis semnale cuantice alături de date clasice simulate sau au folosit fibră specializată. Echipa lui Kumar este, după cunoștințele lor, prima care a teleportat o stare cuantică în timp ce trafic real de internet circula prin același cablu. Aceasta sugerează că s-ar putea să nu fie nevoie să reconstruim rețelele globale pentru a adăuga capabilități cuantice — putem coexista pe aceeași infrastructură fizică dacă lungimile de undă și protocoalele sunt alese cu grijă.
Legăturile cuantice practice ar putea debloca mai multe progrese:
- Distribuție sigură a cheilor cuantice care rezistă la atacurile viitoare ale computerelor cuantice.
- Calcul cuantic distribuit, unde procesoare geografic separate împart stări întrelăturate.
- Sensori și metrologie îmbunătățite care folosesc entanglement-ul pentru a depăși limitele clasice.
„Teleportarea cuantică are capacitatea de a oferi conectivitate cuantică securizată între noduri aflate la distanță geografică,” a adăugat Kumar. „Dar mulți credeau că nimeni nu va construi infrastructură specializată pentru a trimite particule de lumină. Dacă alegem corect lungimile de undă, nu va trebui să construim infrastructură nouă. Comunicațiile clasice și cele cuantice pot coexista.”
Instantaneu tehnic: întreținere, fotoni și controlul zgomotului
Experimentul a teleportat starea cuantică a unui câmp de lumină — practic starea unui singur foton — mai degrabă decât obiecte macroscopice. Entanglement-ul a stabilit identități cuantice corelate între emițător și receptor. O măsurătoare comună la emițător a distrus starea originală și a transmis informație clasică care i-a permis receptorului să o reconstruiască pe un foton pereche.
Cruciale pentru succes au fost măsuri care au limitat unde și când fotonii cuantici pot interacționa cu traficul clasic: selecție inteligentă a lungimilor de undă, ferestre temporale (temporal gating) și control precis al efectelor de împrăștiere. Aceste alegeri de inginerie au redus decoerența suficient de mult pentru ca teleportarea să se finalizeze, în ciuda unui torent de date de fundal.
Echipa și-a publicat rezultatele în revista Optica, subliniind o tehnică replicabilă pentru integrarea canalelor cuantice în coloana vertebrală a internetului actual. Urmăriți clipul de mai jos pentru un rezumat al cercetării lor:
Implicații și pașii următori pentru rețelele cuantice
Deși această demonstrație nu permite „teleportarea” obiectelor fizice, arată că starea cuantică necesară pentru legături securizate și sarcini cuantice distribuite poate circula alături de traficul cotidian de internet. Munca viitoare va extinde distanțele, va îmbunătăți ratele de eroare și va integra repetitoare cuantice care extind întrelăturarea pe spanuri mai lungi. Inginerii vor rafina, de asemenea, metodele de multiplexare astfel încât numeroase canale cuantice să poată împărți fibrele fără interferențe reciproce.
Pe termen lung, aceste progrese ar putea conduce la rețele hibride clasice–cuantice în care datele, cheile și resursele cuantice se deplasează împreună. Aceasta ar accelera adoptarea serviciilor îmbunătățite de cuantic în lumea reală, fără înlocuiri costisitoare ale infrastructurii.
Perspectiva expertului
„Acest experiment reprezintă un pod pragmatic între fizica cuantică fundamentală și realitatea complexă a rețelelor comerciale,” spune dr. Lena Ortiz, inginer în comunicații cuantice (ficțională) cu experiență în implementări de fibră optică. „Dovedind coexistența cu trafic clasic de mare viteză, domeniul se poate muta de la setările izolate de laborator la implementări pilot peste backbone-uri municipale și naționale. Următoarea provocare este corecția robustă a erorilor și protocoale operaționale care funcționează la scară.”
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu