Группа ученых из научно-исследовательского института QuTech, Нидерланды, сделала шаг, который существенно приблизит момент появления реальных квантовых компьютерных сетей. Этим шагом стала технология квантовой телепортации информации между двумя узлами сети, которые не имеют прямой связи друг с другом.
Как следует из их названия, квантовые компьютеры используют некоторые из причудливых принципов квантовой механики для выполнения вычислений со скоростью, которая находится далеко за пределами досягаемости традиционных компьютеров. И точно так же, как традиционные компьютеры объединены в единую сеть при помощи Интернета, квантовые компьютеры должны будут соединены в сеть, чтобы иметь возможность реализовать свой потенциал в полной мере. Однако, обмен квантовой информацией является делом более сложным, чем обмен обычной информацией, ведь квантовая информация, по своей природе, весьма чувствительна к вмешательствам извне, которые могут привести к ее полной потере.
Однако, квантовая информация может быть не передана обычным способом, а телепортирована из одной точки в другую, благодаря явлению под названием квантовая запутанность. При некоторых условиях две частицы могут обрести двухстороннюю связь и любые изменения состояния одной из частиц моментально проявятся у второй запутанной частицы, даже если их будет разделять расстояние, которое в теории может быть сколь угодно большим. Это явление, которое Алберт Эйнштейн навал "призрачным действием на расстоянии", было уже неоднократно проверено экспериментальным путем и оно используется практически во всех существующих квантовых технологиях.
В контексте квантовой компьютерной сети квантовые биты (кубиты), являющиеся носителями квантовой информации, могут быть телепортированы от одного узла сети к другому путем воздействия на одну из частиц запутанной пары. Такая технология передачи квантовой информации работает в случае наличия прямой связи между двумя узлами сети, имеющими прямую квантовую связь в виде запутанности. Но компьютерные сети обычно имеют очень сложную разветвленную структуру, и не всегда предоставляется возможным установить прямую связь между двумя любыми узлами.
Обычно для передачи информации через сеть требуется минимум один или большее количество промежуточных узлов, через которые проходит передаваемая информация. В данном случае исследователи из QuTech использовали три кубита на основе вакансии в кристалле алмаза, которые можно условно назвать Элис, Боб и Чарли. Для создания примитивной сети исследователи создали запутанность между Элис и Бобом, Бобом и Чарли. И в результате этого, Элис и Чарли стали также запутанными, используя Боба в качестве посредника.
Для телепортации информации от Чарли к Эллис, кубит Чарли устанавливается в соответствующее состояние, 1, 0 или в состояние квантовой суперпозиции, в 1 и 0 одновременно. В процессе переноса информации участвует процедура измерения состояния Белла (Bell-state measurement, BSM), при помощи которой инициируется телепортация информации через промежуточный узел и результат которой дает Эллис ключ к дешифровке полученной информации.
Многократное повторение процедуры телепортации данных позволило ученым QuTech оценить уровень возникновения ошибок, точность передачи информации составила 71 процент в среднем. Такой высокий показатель был достигнут за счет использования нескольких различных методов обеспечения сохранности квантовой информации и, одновременно, уменьшения собственных шумов в квантовой системе.
В результате всего этого ученые из QuTech создали то, что можно считать фундаментальным стандартным блоком квантовой коммуникационной сети. В дальнейшем ученые планируют увеличить количество кубитов в этой системе с целью расширения функциональных возможностей сети. Параллельно с этим будут вестись разработка методов, которые позволят передавать через сеть данные, уже хранящиеся в квантовой памяти, а не данные сообщения, формирующегося уже после установления квантовых запутанных связей.
