Naukowcy po raz pierwszy z powodzeniem przesłali dane kwantowe i konwencjonalne przez jedno włókno światłowodowe, co oznacza, że przyszły internet kwantowy mógłby teoretycznie korzystać z istniejącej infrastruktury.

Badania wykazały, że dane kwantowe w postaci splątanych fotonów oraz dane konwencjonalne przesyłane jako impulsy laserowe mogą współistnieć w tym samym światłowodzie. Dotychczasowe próby budowy internetu kwantowego skupiały się na konieczności oddzielnej infrastruktury dla danych kwantowych, aby uniknąć zakłóceń ze strony „klasycznych” danych. Jednak ten nowy, „hybrydowy” sieciowy model może umożliwić bardziej efektywne wdrożenie komunikacji kwantowej, pozwalając na współdzielenie tej samej infrastruktury przez oba rodzaje danych. Wyniki badania opublikowano 26 lipca w czasopiśmie Science Advances.

Światłowody składają się z cienkich włókien szklanych lub plastikowych, które przesyłają dane jako impulsy światła podczerwonego. Włókna te transmitują dane przez różne kanały kolorów, z których każdy odpowiada konkretnej długości fali światła.

Wcześniejsze badania wykazały, że dane kwantowe mogą być przesyłane przez standardowy światłowód, ale nowy eksperyment stanowi pierwszy przypadek, w którym oba rodzaje danych zostały przesłane razem w tym samym kanale kolorów.

Tworzenie sieci hybrydowych jest wyzwaniem, ponieważ dane kwantowe są często przesyłane przez światłowody za pomocą splątanych fotonów. Splątanie to stan kwantowy, w którym dwa kubity — najbardziej podstawowe jednostki informacji kwantowej — są połączone w taki sposób, że informacja jest dzielona między nimi niezależnie od odległości i czasu. Jest to jednak bardzo delikatny stan, który łatwo ulega zakłóceniom przez szum lub interferencje z innymi sygnałami, co może prowadzić do utraty stanu kwantowego i danych.

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy zastosowali technikę modulacji fazy elektrooptycznej, która precyzyjnie dostosowuje częstotliwość impulsów laserowych do koloru splątanych fotonów. Dzięki temu oba rodzaje danych mogły być przesyłane w tym samym kanale kolorów bez zakłócania informacji kwantowej.

Możliwość przesyłania danych kwantowych i konwencjonalnych w jednym kanale pozwala na zwolnienie innych kanałów w kablu światłowodowym dla dodatkowych danych. To będzie kluczowe dla bardziej praktycznego i skalowalnego zastosowania technologii kwantowych, takich jak ultraszyfrowane komunikacje i kryptografia kwantowa.

„Nasze badania to ważny krok w kierunku połączenia konwencjonalnego internetu z internetem kwantowym” — powiedział Michael Kues, współautor badania. „Nasz eksperyment pokazuje, jak praktyczna implementacja sieci hybrydowych może się powieść.”

Źródło: Live Science