В США придумали, как сделать квантовый интернет более доступным
Американские физики нашли способ в буквальном смысле «растянуть» алмаз, чтобы поднять рабочую температуру квантовых ретрансляторов с экстремальных значений до всего лишь -269 °C. Это открытие может кардинально удешевить инфраструктуру будущего квантового интернета, который сегодня остается непомерно дорогим из-за необходимости охлаждать ключевые узлы почти до абсолютного нуля.
Проблема создания глобальной квантовой сети упирается не столько в физику передачи данных, сколько в инженерию. Для сверхпроводящих кубитов, которые считаются одними из самых перспективных для вычислений, требуется ретрансляция сигнала каждые 5–10 километров. Каждый такой ретранслятор — это сложнейшая криогенная установка, поддерживающая температуру менее 1 Кельвина (-272 °C). Именно стоимость создания и обслуживания таких «холодильников» делает проект квантового интернета экономически почти нереализуемым.
Как растяжение атомной решетки меняет правила игры
Исследователи из Чикагского университета, Аргоннской национальной лаборатории и Кембриджа предложили элегантное, но технологически сложное решение. Они воздействуют на молекулярную решетку алмаза, создавая в ней механическое напряжение. Этот процесс, названный «растяжением», является микроскопическим, но его эффект на квантовые свойства материала оказался прорывным.
Суть метода заключается в нанесении ультратонкой алмазной пленки на нагретую стеклянную подложку. При остывании стекло и алмаз сжимаются с разной скоростью. Поскольку коэффициент теплового расширения стекла ниже, оно начинает «стягивать» алмазную пленку, создавая в ней контролируемое усилие растяжения. Этого усилия достаточно, чтобы изменить энергетические уровни дефектов в кристаллической решетке алмаза, которые и используются в качестве кубитов.
Эффект, который упрощает криогенику
Главное достижение группы — это повышение температуры работы ретранслятора до 4 Кельвинов (-269 °C). На первый взгляд, разница между 1 К и 4 К кажется незначительной. Однако для криогенной техники это колоссальный скачок. Поддержание температуры в 4 К требует на порядок более простых, дешевых и компактных холодильных машин, чем борьба за доли градуса выше абсолютного нуля. Это напрямую снижает капитальные и эксплуатационные затраты на каждый узел квантовой сети.
Кроме того, растянутые алмазы демонстрируют улучшенное время когерентности — то есть дольше сохраняют квантовое состояние. Важным бонусом стала возможность управлять такими кубитами с помощью обычных радиочастотных сигналов, а не сложных лазерных систем. Это делает электронику управления проще и дешевле, а сами кубиты — менее восприимчивыми к внешним помехам.
Стоит напомнить, что квантовая криптография на фотонах уже работает в коммерческих сетях (например, в России и Китае), так как фотоны не требуют сверхнизких температур. Однако для полноценных распределенных квантовых вычислений, где нужно передавать запутанность между сверхпроводящими процессорами, без «холодных» ретрансляторов не обойтись. Новый подход с растянутым алмазом впервые предлагает практический путь к снижению стоимости этих критически важных компонентов.
Если технология масштабируется, мы можем ожидать ускорения строительства квантовых магистралей не только в США, но и по всему миру. Удешевление ретрансляторов сдвинет точку безубыточности для операторов связи, делая квантовый интернет не лабораторным экспериментом, а коммерчески viable (жизнеспособной) инфраструктурой. Это, в свою очередь, откроет дорогу к созданию «квантового облака», где мощные вычислительные ресурсы будут доступны удаленно через абсолютно защищенные каналы.
