Интернет и квантовая физика — по одному кабелю. Физики протащили запутанные фотоны сквозь обычный трафик
Эксперимент показал, что квантовая связь может работать на одном кабеле с трафиком в 1,6 терабита в секунду.
Один оптоволоконный кабель впервые одновременно передал обычный интернет-трафик и квантовую запутанность между удалёнными узлами. Специалисты Северо-Западного университета США провели опыт на действующей линии длиной 24,4 км между Эванстоном и Чикаго, не отключая мощную классическую систему связи.
По волокну одновременно передавались запутанные фотоны, два обычных канала общей скоростью 1,6 Тбит/с и сигнал точной синхронизации. Остальную доступную полосу заполнили оптическим излучением, как принято в современных магистральных системах. Такая нагрузка имитировала работу полностью занятой коммерческой линии, а не упрощённую лабораторную установку.
Главная сложность заключалась в том, что яркие классические сигналы создают в волокне фоновый шум, способный заглушить отдельные фотоны. Авторы разделили потоки по длинам волн. Обычные данные передавались в диапазоне около 1530–1570 нм, а квантовый сигнал разместили на длине волны 1290 нм, где помехи оказались заметно слабее. Узкие спектральные фильтры и временное окно шириной 300 пикосекунд дополнительно отсекали посторонние фотоны.
После прохождения линии видимость квантовой интерференции во всех проверенных режимах осталась выше 94,8%. Точность, с которой переданное состояние соответствовало эталонному состоянию Белла, достигла 94,2% и не изменилась, когда включили обычный трафик. Состояние на загруженном волокне совпало с результатом на свободной линии на 98,8%, что показывает: обычная связь повлияла на результат минимально.
Чтобы согласовать измерения в двух городах, специалисты применили оптическую систему синхронизации White Rabbit. Расхождение времени между приборами составляло лишь несколько пикосекунд, поэтому детекторы могли точно сопоставлять фотоны, зарегистрированные на разных концах линии.
Хотя в опыте передали 1,6 Тбит/с обычных данных, оборудование поддерживает до 36,8 Тбит/с, не повышая общую мощность сигнала. Как подсчитали авторы, если фоновое заполнение заменить реальными каналами, по которым передают данные, это не должно ухудшить квантовую связь, поскольку уровень помех зависит прежде всего от мощности и выбранных длин волн, а не от того, с какой скоростью передают данные.
Авторы называют работу первым опытом, когда квантовую запутанность распределили между физически разделёнными узлами по действующему волокну вместе с независимым широкополосным трафиком. Опыт пока ограничен расстоянием в 24,4 км и несколькими часами работы, в течение которых сигнал не корректировали автоматически. Следующим шагом станут линии длиной 50–100 км и системы, способные непрерывно компенсировать изменения поляризации и задержки фотонов.