Ученые из Школы молекулярной инженерии им. Прицкера Чикагского университета (PME) предложили опутать США сетью особых каналов связи, ориентированных на передачу квантовых состояний кубитов. Это позволит создать квантовый интернет и реализовать распределенные квантовые вычисления, что умножит мощь и без того перспективных квантовых вычислителей. В этом поможет опыт гравитационно-волновых обсерваторий, ведь кубиты придется передавать в вакууме.
Исследование финансируется военными и властями США. Квантовый интернет — это не только абсолютно безопасная связь, которая не поддается незаметному взлому, но также экспоненциальный рост вычислений. Распределенные квантовые вычисления могут на какое-то время решить проблему с масштабированием квантовых платформ. Пока в составе каждого вычислителя физически большие кубиты и их мало, перераспределение вычислительной нагрузки поможет наращивать производительность относительно простым способом.
Ученые уже умеют и даже внедряют в практику обмен квантовыми состояниями на больших расстояниях с помощью кодирования фотонов. Благодаря этому квантовые состояния можно передавать по обычному оптоволокну и с помощью лазера по воздуху и в вакууме, например, через спутники. Однако скорость передачи при этом очень маленькая, как и велики затухания в оптоволокне.
Ученые из Чикагского университета опирались на опыт многолетней работы гравитационно-волновых обсерваторий, датчики которых — это трехкилометровые тоннели с высоким вакуумом (10-11 атмосфер). Благодаря зеркалам фотоны в тоннелях пролетают колоссальные расстояния, отзываясь на гравитационные волны. Таким же образом можно передавать на сотни и тысячи километров квантовую информацию, закодированную в состояниях фотонов. А чтобы снизить вероятность их рассеивания, необходимо предусмотреть систему фокусирования на всем протяжении маршрута.
В результате работы исследователи теоретически обосновали возможность охватить США сетью квантового интернета из вакуумных труб диаметром 20 см с фокусирующими линзами через каждые несколько километров. Расчеты показывают, что все будет работать при среднем уровне вакуума (10-4 атмосфер). На следующем этапе ученые проведут экономическое обоснование проекта. Но даже сейчас они подчеркивают, что ради скоростной квантовой сети не жалко будет никаких денег.
