Использование квантовой памяти позволило реализовать на практике технологию прямой квантовой связи - «Наука и технологии»

Впервые в истории науки ученые-физики из Китайского университета науки и техники (University of Science and Technology of China) и Наньцзинского университета почты и телекоммуникаций (Nanjing University of Posts and Telecommunications) произвели экспериментальную демонстрацию технологии прямой безопасной квантовой связи (quantum secure direct communication, QSDC). Для реализации протокола QSDC в данном случае использовались промежуточные буферы из специализированной квантовой памяти, которые ранее лишь эмулировались при помощи оптоволоконных линий задержки. Но именно использование квантовой памяти позволяет реализовать всю мощь протокола QSDC и использовать ее в практических целях.

Протокол QSDC является одним из нескольких типов квантовых коммуникаций. Как и все другие квантовые протоколы, он использует некоторые из основных принципов квантовой механики, в частности принцип неопределенности и теорему о запрете клонирования, он позволяет передавать зашифрованные сообщения по безопасному квантовому каналу. Но, в отличие от других протоколов, протокол QSDC не требует процедуры предварительного обмена ключами шифрования между двумя сторонами, участвующими в приеме и передаче информации.
Для эффективной передачи информации по квантовым каналам, которые станут основой будущих квантовых сетей, протокол QSDC нуждается в квантовой памяти. Однако, создание буферной памяти для протокола QSDC сопряжено с рядом трудностей, она, эта память, должна обеспечивать хранение информации в виде состояния запутанных с другими единичных фотонов и одновременно обеспечивать запутанность между отдельными ячейками памяти.

В своей работе китайские исследователи продемонстрировали работоспособность всех основных компонентов протокола QSDC, включая множественную квантовую запутанность, квантовое шифрование, распределение, хранение и передачу квантовой информации при помощи запутанных фотонов. Однако, расшифровка квантового состояния запутанных фотонов требует способности различения четырех различных квантовых состояний, что сопряжено с большими трудностями технического плана. В данном случае исследователям удалось найти компромиссное решение, более простой альтернативный метод считывания информации, который легче поддается практической реализации.

В ближайшем будущем исследователи собираются реализовать прямую квантовую передачу информации при помощи протокола QSDC на расстояние не менее 100 километров по открытому пространству. В данном случае исследователи доработают и модернизируют почти все отдельные компоненты коммуникационной системы, которая, на следующем этапе, будет установлена на экспериментальный космический спутник, предназначенный для проверки работоспособности этой технологии уже в условиях открытого космического пространства.