Обычный свет поможет квантовой коммуникации

Современные коммуникационные системы работают быстро, но фундаментально не защищены. Для усиления кибербезопасности ученые используют квантовые законы, в частности метод квантового распределения ключей.

Однако, квантовый мир отличается от классического, и проводить в нем эксперименты сложнее. «В классическом мире нам помогает интуиция. Сюрпризов тут нет, и можно проводить эксперименты с множеством фотонов (миллиардами и миллиардами), — объясняет профессор Эндрю Форбс. — Но в квантовом мире, где вещи не такие, как кажется, все иначе. Здесь волны иногда выглядят как частицы, а частицы как волны».

К примеру, установление безопасной квантовой коммуникации — очень сложная задача. «Квантовые связи (как в волоконной оптике), использующие световые схемы, ослабевают на коротких дистанциях, потому нет способа защиты связи от помех (воздействия, к примеру, тумана или изгиба кабеля) без обнаружения фотонов. Но как только фотоны обнаружены, пользы от них никакой», — говорит профессор Форбс.

Его команда преодолела эту проблему при помощи классических световых полей, что позволило провести квантовую коррекцию ошибок в реальном времени. «Впервые мы доказали, что классический свет можно использовать для анализа квантовой связи, и он действует как прямой эквивалент поведению квантового состояния, — говорит Бьенвену Ндагано, главный автор исследования. — Не схожим образом, а именно как эквивалент. Для того чтобы это показать, мы использовали определенный тип лазерного луча, векторный луч, который обладает свойствами неотделимости и который иногда называют „классически запутанным“».

Раньше, для того чтобы исправить ошибку, произошедшую во время квантовой коммуникации, нужно было измерить посланный фотон, что означало потерю информации, которую он пытался передать. Работа южноафриканских ученых позволяет проверять квантовые соединения при помощи классической запутанности, поскольку в классическом свете достаточное количество фотонов, и все измерения могут проводиться в реальном времени, не нарушая квантовой информации.

Работая в серой зоне между квантовой и классической физикой, ученые могут обеспечить одновременно и быстрый, и надежный способ передачи данных по уже существующим каналам связи, пишет Phys.org.

Серьезным препятствием на пути появления надежных квантовых технологий является декогеренция — взаимодействие квантовой системы с окружающей средой, которое приводит к запутыванию и разрушению пригодных для использования квантовых свойств системы. Сиднейские физики при помощи больших данных предсказали изменение квантовых систем и смогли предотвратить их нарушение.