Разработан прототип квантового жёсткого диска

Люди начали шифровать секретную информацию задолго до появления первых компьютеров. Но и тогда, и сегодня, в эпоху глобальной коммуникации, практически любой сигнал можно перехватить и раскодировать. Именно поэтому большие надежды возлагаются на сверхбезопасную квантовую передачу данных, которая со временем может прийти на смену современному Интернету.

Квантовые коммуникации являются наиболее многообещающими в силу того, что они работают по принципу квантовой запутанности, то есть сообщение возникает одновременно в двух местах со сменой квантового состояния кубита и передачи сигнала, как таковой, не происходит вовсе. Такие технологии позволяют прочесть сообщение только конечному получателю, а любая попытка перехвата приводит к потере информации.

В ходе первых экспериментов защищённый квантовый сигнал уже удаётся передавать на расстоянии около 100 километров, но дальше начинаются проблемы. В обычных электронных сетях сигнал, следуя из одной точки в другую, проходит через серию усилителей, установленных по всему маршруту. Но мире квантовой коммуникации такой принцип не действует.

Благодаря всё тому же явлению квантовой запутанности любая попытка усилить сигнал в лучшем случае приведёт к добавлению сильного шума, а скорее всего, полностью его разрушит. Поэтому квантовая информация должна путешествовать между отдельными узлами сети с остановками. По непрерывным оптическим путям сигнал передаётся из одного промежуточного пункта в другой, где его требуется сохранить в виде материальных квантовых битов, то есть, кубитов.

В итоге, чтобы послать зашифрованный сигнал даже на несколько сотен километров требуется сложная система промежуточных узлов памяти, что делает такие сети невероятно сложными и дорогими. Поэтому для начала гораздо проще кодировать данные с помощью кубитов на физическом носителе и транспортировать его из одной точки мира в другую, как обычную посылку. Правда, первые прототипы таких квантовых "жёстких дисков" могли хранить данные лишь доли секунды, а за это время далеко не уедешь.

Соавтор исследования Маньцзинь Чжун в лаборатории твердотельной спектроскопии (фото ANU).

Теперь же учёные Австралийского национального университета (ANU) и Университета Онтаго (University of Otago) создали устройство, способное хранить квантовую информацию на протяжении шести часов.

С помощью лазера команда устанавливала тот или иной спин ядер редкоземельного элемента европия, встроенного в кристаллы ортосиликата итрия. После этого кристаллы охлаждали до температуры -271°C и окружали комбинацией из фиксированного и колеблющегося магнитного поля.

Эти два поля изолировали спины ядер европия и предотвращали утечку информации. По сути, устройство представляет собой первый прототип оптического накопителя для частиц, находящихся в состоянии квантовой запутанности. В перспективе его можно будет перенести в другое место, подключить к новой изолированной сети и продолжить передачу сигнала, зашифрованного в спине ядер.

"Наши результаты позволяют переосмыслить то, каким способом лучше распространять квантовые данные", — сообщает ведущий автор исследования Маньцзинь Чжун (Manjin Zhong) в пресс-релизе.

Правда пока неясно, насколько сложной и портативной будет такая "квантовая флешка", работающая при температуре. близкой к абсолютному нулю. Стоит отметить, что учёные с осторожностью смотрят на перспективы своего изобретения. Они отмечают, что всегда следует внимательно проверять, соответствуют ли теоретические расчёты практическим показателям, ведь раньше никто не работал со столь долгим хранением квантовой информацией. Но возможно, новое исследование поможет совершить прорыв в перспективной области.