Технологии будущего: опробуйте телепортацию, ученые на пороге открытия

Долгое время учёные знали, что квантовая связь станет надёжнее и точнее, если использовать нелинейные оптические процессы.

Проблема была в другом: все предыдущие попытки реализовать это на практике разбивались о слишком низкую интенсивность света. Для квантовых систем критически важно работать на уровне отдельных фотонов (мельчайших частиц света), но именно здесь нелинейная оптика давала сбой. Теперь команда исследователей из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне нашла решение, и оно переворачивает всю квантовую коммуникацию.

Учёные создали нанофотонную платформу на основе фосфида индия-галлия, которая сделала нелинейные процессы в десятки тысяч раз эффективнее. Фактически, они преодолели барьер, за которым квантовая телепортация (передача информации без прямого канала связи) считалась невозможной из-за слишком слабого сигнала. Теперь система работает даже при свете одного фотона — это как передавать данные в абсолютной темноте.

Что такое квантовая телепортация?

Представьте два связанных фотона, которые влияют друг на друга даже на противоположных концах Вселенной (это квантовая запутанность). Если "переключить" один фотон, второй мгновенно "почувствует" изменение — без проводов, без сигнала, без задержки. Это основа квантовой телепортации: информация передаётся не по каналу, а через само явление запутанности. Звучит как фантастика, но это рабочая технология с одним "но": раньше её душил шум.

Два главных врага квантовой связи

1. Линейные оптические компоненты (старая технология) дают огромную погрешность — точность всего 33% от идеала.
2. Многофотонный шум — когда источники запутанности выплёвывают лишние пары фотонов. Это как пытаться услышать один определённый голос на переполненном стадионе — бесполезно.

Нелинейная оптика как спасение

Здесь на сцену выходит генерация суммарной частоты (SFG) — процесс, где два фотона сливаются в один, но с новой частотой. Это не просто трюк — это фильтр шумов. Если система видит два одинаковых фотона, она просто не запускает протокол. То есть лишние частицы отсеиваются автоматически. Минус был в том, что SFG срабатывал 1 раз на 100 миллионов попыток. Почти фантастика, а не технология.

Прорыв: эффективность x 10 000

Команда Кеджи Фанга и Элизабет Гольдшмидт добилась удесятерения эффективности — теперь SFG работает 1 раз на 10 000 попыток. Это революция:

• Точность квантовой телепортации выросла с 33% до 94% (практически идеал).
• Многофотонный шум перестал быть проблемой.
• Нелинейная оптика заработала при сверхнизком свете.

По словам исследователей, это не просто улучшение — это дверь в новую эпоху квантовых сетей:

"Раньше нелинейные процессы считались тупиковыми из-за мизерной вероятности успеха, — поясняет Фанг. — Мы показали, что с правильной архитектурой этот барьер снимается".

Будущее квантовой связи

Учёные уверены: их открытие выйдет далеко за рамки телепортации. Оно пригодится:

• В обмене запутанностью (когда несколько узлов сети "делится" квантовыми состояниями).
• В квантовой криптографии (абсолютно защищённые линии связи).
• В квантовых вычислениях (где нужна мгновенная передача кубитов).

Фактически, мир получил ключ к масштабированию квантовых сетей. Это всё равно что перейти от радиоволн к 5G — качественный скачок.

Что дальше?

• Улучшение нанофотонных материалов.
• Интеграция с уже существующими квантовыми линиями.
• Первые коммерческие прототипы (время ожидания — 5-10 лет).

Уточнения

Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне — самый большой из кампусов Иллинойсского университета. Основан в 1867 году.