Китайские учёные создали первый в мире маршрутизатор, который может передавать информацию в квантовых единицах, называемых кубитами. Это серьёзный шаг к созданию принципиально новых квантовых компьютеров.

В основе изобретения лежит свойство квантовой запутанности, когда наименьшие единицы хранения информации – в данном случае кубиты связаны между собой. В такой системе изменение состояния одного кубита по цепочке изменяет последующие.

Информация в квантовых системах закодирована в поляризации фотонов. Если в обычном компьютере единица информации может кодировать только одно значение — "единица" или "ноль", то фотон может нести оба значения одновременно, имея сразу и горизонтальную, и вертикальную поляризацию.

Принципиальная разница существует и между устройствами передачи классической цифровой и квантовой информации. Обычный маршрутизатор (роутер) считывает данные, преобразует их в управляющий сигнал и отправляет его в нужном направлении. Но в квантовом мире при считывании сигнал фактически разрушается, поэтому обычная конструкция маршрутизатора здесь не подходит.

Так, если необходимо передать информацию одному адресату, никаких проблем не возникает. Но если адресатов много, и нужно передавать фотоны выборочно по определённым маршрутам, не ясно, как определить место назначения, не считывая пересылаемую информацию.

Устройство, созданное специалистами из университета Цинхуа (Tsinghua University) в Пекине, представляет собой простую систему зеркал, передающих кубиты по разным направлениям в зависимости от их поляризации.

Для начала учёные преобразуют посылаемый фотон в пару запутанных фотонов с более низкой энергией (процесс спонтанного параметрического рассеяния). Обе частицы при этом находятся в суперпозиции поляризованных состояний.

Маршрутизатор использует данные о поляризации одного из фотонов как контрольную метку, чтобы направить второй фотон в нужном направлении. Для этого физики использовали четвертьволновые и полуволновые фазовые пластины, которые изменяют поляризацию частиц, когда они достигают зеркал.

Так как любой квантовый процесс является вероятностным, учёным пришлось проверить характеристики устройства и убедиться в том, что фотоны, проходя через роутер, остаются запутанными.

К сожалению, роутер китайских учёных имеет существенное ограничение. Единовременно он может передавать только один кубит (фотон). Принцип работы не позволяет расширить производительность, а значит, это устройство хоть и представляет интерес как экспериментальная проверка концепции, но никогда не ляжет в основу будущих квантовых компьютеров и глобальных информационных сетей нового поколения.

При этом у специалистов нет сомнений, что скоро мы узнаем о новых разработках в этой области и квантовый Интернет рано или поздно ворвётся в нашу жизнь.

Ознакомиться с работой китайских учёных можно на сайте препринтов arXiv.org, а также в дальнейшем в журнале Physical Review Letters.

vesti.ru