Фізики вперше заплутали атоми на різних сторонах вулиці

Новий досвід зі створення стану квантової запутаності для надзвичайно віддалених атомів відкриває дорогу до побудови великомасштабних і розгалужених мереж, захищених від прослуховування принципами квантової криптографії.

Квантова криптографія використовує в своїх інтересах той факт, що про стан частинки неможливо дізнатися, не зруйнувавши його. Готуючи частки (зокрема фотони) в стані квантової запутаності і відправляючи одну з них адресату, можна таким методом передавати ключі для розшифровки секретних повідомлень.

Однак якщо мова йде про створення не просто каналу між двома фіксованими абонентами, а про побудову мережі, подібної комп'ютерної, то виникає проблема вузлів. У них квантова інформація повинна бути розшифрована і знову регенеровані для відправки далі. Це місце стає точкою уразливості.

Але її можна уникнути, якщо на всьому протязі передавати інформацію тільки в квантовому вигляді. Для такої технології потрібні квантові вузли, що складаються з заплутаних між собою атомів, поглинаючих і випромінюючих фотони.

Тепер вчені з інституту квантової оптики Макса Планка проробили саме такий трюк, заплутавши два атоми, розташованих у двох лабораторіях на різних сторонах вулиці.

В передбачуваної квантової мережі майбутнього безліч ізольованих у пастках атомів з'єднані між собою так званими однофотонні каналами (вгорі). Щоб розібратися з роботою такої системи, фізики побудували її фрагмент - два вузли (Node A, B) і зв'язок між ними (внизу) (ілюстрація Stephan Ritter et al. / Nature).

По інформації Science, кожен атом перебував між двох дзеркал, розділених відстанню в 0,5 мм. Вони утворювали оптичний резонатор, що дозволяє атомам і фотонам ефективно взаємодіяти між собою.

Стан заплутаності досягався, коли за допомогою додаткового лазера фізики змушували перший атом випустити одиничний фотон, який добирався до другого атома в іншому резонаторі по 60-метровому оптичному кабелю (відстань між двома лабораторіями при цьому становило 21 метр).

У серії дослідів вчені показали, що ізольовані в своїх оптичних пастках одиничні атоми можуть виступати в ролі ідеальних зберігачів і передавачів квантової інформації, які передають один одному квантові ключі за рахунок обміну одиничними фотонами. За словами дослідників, заплутаність в принципі може бути продовжена до третього атома, що робить систему масштабованою. (Усі подробиці експерименту викладені в Nature.)