Internetul cuantic a trecut, pentru prima dată, un test în condiții cu adevărat mizerabile: 62 de kilometri de fibră optică deja instalată, în mare parte suspendată pe stâlpi de-a lungul străzilor, între sediul institutului american NIST și Universitatea din Maryland. Fotonii entanglați au ajuns la destinație cu starea lor cuantică intactă, iar rezultatele au fost publicate în Journal of Optical Communications and Networking.
De ce entanglarea e greu de scos din laborator
Promisiunea rețelelor construite pe fizică cuantică e mare: comunicații imposibil de interceptat, conectarea calculatoarelor cuantice între ele și instrumente de cercetare de generație următoare. Obstacolul principal este entanglarea, fenomenul prin care două particule rămân legate indiferent de distanța dintre ele: măsurarea unei particule determină instantaneu rezultatul măsurătorii pe cealaltă. Problema e că, în afara condițiilor perfecte de laborator, stările cuantice se degradează extrem de repede.
În fibra optică, informația de entanglare e codificată în polarizarea fotonilor, adică în direcția pe care oscilează câmpul electric al luminii. Vântul, variațiile de temperatură și vibrațiile transmise de traficul rutier răsucesc fibra și, cu ea, polarizarea. Pentru un apel video sau un film pe streaming, aceste microdeformări sunt irelevante. Pentru date cuantice sunt fatale.
Un test de stres, nu un record de distanță
„Aș numi asta un test de anduranță pentru sistemele de rețelistică cuantică”, a declarat fizicianul Yicheng Shi, de la NIST, într-un comunicat citat de ScienceAlert. „L-am supus unui test extrem, într-un mediu cu foarte mult zgomot. În mod surprinzător, s-a dovedit că a funcționat oricum.” Colegul său Oliver Slattery a fost și mai direct: „Este cam cea mai proastă conexiune pe care ai putea să o ai.”
Recordul absolut de distanță pentru entanglare în fibră optică rămâne de 420 de kilometri, obținut însă în condiții controlate. Aici miza a fost alta: cablurile folosite sunt exact tipul de infrastructură pe care operatorii o au deja instalată, inclusiv porțiuni aeriene, considerate până acum improprii pentru transmiterea fotonilor cu polarizare codificată.
Soluția: un fascicul laser folosit ca busolă
Trucul echipei a fost să trimită prin aceeași fibră un semnal laser clasic, folosit ca referință. Măsurând cât de mult a fost răsucită polarizarea acestui semnal, sistemul calculează corecția necesară și o aplică fotonilor entanglați. Metoda cere alternarea între fotonii cuantici și lumina laser de referință, dar costul e surprinzător de mic: doar 7,2% din timpul de funcționare a fost consumat pe stabilizare, restul de 92,8% rămânând disponibil pentru transmiterea informației cuantice.
„Rezultatele noastre demonstrează fezabilitatea distribuirii de fotoni entanglați prin polarizare în condiții dificile de fibră, ceea ce reprezintă un pas important către implementarea practică a rețelelor cuantice”, scriu autorii în lucrarea publicată. Ei precizează că, deși fibrele aeriene sunt considerate în general canale nepotrivite pentru fotoni cu polarizare codificată, o distribuție stabilă devine posibilă dacă legătura este stabilizată activ.
Ce mai lipsește până când internetul cuantic devine utilizabil
Rata de transmisie obținută – între 200 și 1.500 de fotoni entanglați pe secundă – e rezonabilă pentru un experiment, dar prea mică pentru o rețea funcțională. Echipa indică două direcții de îmbunătățire: hardware mai rapid și algoritmi software mai eficienți pentru corecția polarizării.
Aplicațiile care justifică efortul sunt deja conturate. Una este legarea a două telescoape aflate la distanțe mari, astfel încât fotonii entanglați să le facă să funcționeze ca un singur instrument uriaș. A doua este securitatea: două noduri îndepărtate pot împărți un „cod” secret pentru verificarea datelor, care nu poate fi interceptat în tranzit, pentru simplul motiv că valoarea lui nu este fixată până în momentul verificării. „Este o demonstrație că protocoalele de rețelistică cuantică pot funcționa în medii reale”, a rezumat Shi.
Detalii despre programul de rețele cuantice al institutului sunt publicate pe site-ul NIST, iar lucrarea completă a apărut în Journal of Optical Communications and Networking.
Dacă vrei contextul mai larg, am scris deja despre felul în care internetul cuantic ar putea schimba experiențele digitale, despre demonstrațiile de teleportare cuantică și despre recordul de 6.100 de qubiți într-un singur array.
Surse: studiul publicat în Journal of Optical Communications and Networking, comunicatul NIST și declarațiile lui Yicheng Shi și Oliver Slattery, preluate de ScienceAlert.
