Naukowcy z Northwestern University przesłali splątane fotony przez 24,4 km użytkowanej infrastruktury światłowodowej, która jednocześnie obsługiwała intensywny ruch internetowy. Eksperyment pokazuje, że przyszłe sieci kwantowe mogą powstawać z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury operatorów.
Internet kwantowy przez lata pozostawał przede wszystkim koncepcją rozwijaną w laboratoriach. Najnowszy eksperyment naukowców z Northwestern University pokazuje jednak, że transmisja informacji kwantowej może odbywać się również w rzeczywistych warunkach – w tym samym włóknie, którym przesyłany jest standardowy ruch telekomunikacyjny.
Badacze przesłali splątane fotony (stan splątany to rodzaj skorelowanego stanu kwantowego dwóch lub więcej układów kwantowych) pomiędzy kampusem Northwestern University w Evanston a centrum Chicago. Odległość pomiędzy punktami wynosiła 24,4 km. W tym samym czasie światłowód obsługiwał dwa kanały transmisyjne o przepustowości 800 Gb/s oraz dodatkową moc optyczną odpowiadającą obciążeniu komercyjnej sieci.
Mimo obecności silnych sygnałów klasycznych udało się zachować splątanie kwantowe z wiernością przekraczającą 94 proc. Zdaniem autorów badania jest to pierwszy przypadek dystrybucji splątania pomiędzy odległymi węzłami za pośrednictwem światłowodu, który jednocześnie przenosił ruch generowany przez nowoczesny system telekomunikacyjny.
Kwantowy sygnał wśród tradycyjnego ruchu
Informacja przesyłana w sieciach kwantowych wykorzystuje pojedyncze fotony. Są one znacznie bardziej podatne na zakłócenia niż klasyczne sygnały telekomunikacyjne, składające się z milionów cząstek światła. Nawet niewielki poziom szumu optycznego może uniemożliwić ich prawidłowe wykrycie.
Problem ten można porównać do próby przeprowadzenia mrówki przez drogę wypełnioną słoniami – tłumaczył kierujący badaniami profesor Prem Kumar. Eksperyment wykazał jednak, że odpowiednio przygotowane fotony mogą przetrwać taką podróż i zachować swoje właściwości.
Kluczowe okazało się rozdzielenie transmisji kwantowej i klasycznej w widmie optycznym. Fotony kwantowe umieszczono w paśmie O, uznawanym w tym przypadku za mniej podatne na zakłócenia generowane przez pozostały ruch. Konwencjonalna transmisja danych odbywała się natomiast w paśmie C, powszechnie wykorzystywanym przez komercyjne systemy światłowodowe.
Zastosowano również specjalne filtry, które ograniczały wpływ szumu powstającego podczas przesyłania tradycyjnych sygnałów.
Synchronizacja z dokładnością do pikosekund
Eksperyment przeprowadzono pomiędzy dwiema fizycznie oddzielonymi lokalizacjami. Konieczne było więc bardzo precyzyjne zsynchronizowanie obu końców połączenia.
Naukowcy wykorzystali system White Rabbit, pozwalający synchronizować urządzenia z dokładnością pikosekundową. Dzięki temu można było w czasie rzeczywistym identyfikować odpowiadające sobie pary splątanych fotonów, mimo wysokiego poziomu ruchu i szumu w sieci.
Według badaczy wykorzystywane włókno przenosiło moc wystarczającą do obsługi około 36 Tb/s klasycznej transmisji danych. Odpowiadałoby to jednoczesnemu strumieniowaniu około 20 mln filmów z serwisu YouTube.
Bez budowy osobnej infrastruktury
Znaczenie eksperymentu wykracza poza samo przesłanie splątanych fotonów. Wyniki sugerują, że rozwój sieci kwantowych nie musi oznaczać budowy całkowicie nowej infrastruktury światłowodowej.
Technologia kwantowa mogłaby w przyszłości korzystać z włókien już znajdujących się w sieciach operatorów, współdzieląc je z klasycznymi usługami transmisji danych. Z punktu widzenia branży telekomunikacyjnej oznaczałoby to możliwość stopniowego wdrażania usług kwantowych bez konieczności tworzenia oddzielnych sieci dostępowych i szkieletowych.
Wcześniejsze doświadczenia zespołu Prem Kumara były prowadzone w warunkach laboratoryjnych. W 2024 roku naukowcom udało się przeprowadzić teleportację kwantową przez 30-kilometrowy odcinek światłowodu obciążony ruchem internetowym. Obecny eksperyment przeniósł tę technologię poza laboratorium, wykorzystując działające połączenie metropolitalne.
Kolejnym krokiem teleportacja kwantowa
Dystrybucja splątania jest jednym z podstawowych etapów budowy przyszłych sieci kwantowych. Splątane cząstki mogą być wykorzystywane do przesyłania informacji kwantowej pomiędzy odległymi punktami poprzez proces określany jako teleportacja kwantowa.
Nie oznacza ona fizycznego przemieszczania obiektów, lecz przenoszenie ich stanu kwantowego. Technologia może znaleźć zastosowanie między innymi w komunikacji o wysokim poziomie bezpieczeństwa, łączeniu komputerów kwantowych oraz tworzeniu rozproszonych systemów obliczeniowych.
Kolejnym celem naukowców jest przeprowadzenie teleportacji kwantowej pomiędzy odległymi węzłami działającej sieci telekomunikacyjnej. Badacze podkreślają, że każdy następny etap będzie bardziej skomplikowany, jednak udana dystrybucja splątania w rzeczywistych warunkach stanowi ważny krok w kierunku praktycznego wykorzystania internetu kwantowego.
Wyniki badania opublikowano 20 lipca 2026 roku w czasopiśmie „Optica Quantum”.
Czytaj także:
