Квантовая запутанность на рекордные 420 километров: прорыв китайских учёных

Квантовая запутанность — одно из самых удивительных явлений современной физики. Она связывает частицы так, что изменение состояния одной мгновенно влияет на другую, независимо от расстояния. До сих пор учёные умели запутывать фотоны, переносящие квантовое состояние, на сотни километров, но с материальными носителями информации — квантовыми запоминающими устройствами — всё было сложнее. Теперь китайская команда совершила прорыв: они «спутали» два квантовых запоминающих устройства на основе холодных атомов рубидия через 420 км оптоволокна, что в восемь раз больше предыдущего рекорда . Результаты работы опубликованы в престижном журнале Physical Review Letters (июль 2026) и на сервере препринтов arXiv .

Как ставили эксперимент

• Два атомных ансамбля рубидия, охлаждённые лазерами до сверхнизких температур, служили квантовой памятью. Их назвали Алиса и Боб .
• Они были соединены оптоволокном длиной 420 км .
• Третий узел — Чарли — находился между ними. Он выполнял измерения Белла над фотонами, приходящими от Алисы и Боба, чтобы подтвердить момент возникновения запутанности .
• Учёные применили схему однофотонной запутанности DLCZ (по фамилиям создателей — Дуань, Лукин, Цирак, Цоллер). В этой схеме запутанность возникает вероятностным образом при регистрации всего одного фотона от каждого узла памяти, что кардинально повышает скорость процесса на больших дистанциях .

Три секрета успеха

Чтобы преодолеть потери в 420-километровом оптоволокне, исследователям пришлось решить три сложнейшие инженерные задачи :

1. Конверсия в телекоммуникационный диапазон. Фотоны, излучаемые рубидиевой памятью, преобразовывали в телекоммуникационный S-диапазон (с длиной волны около 1,5 микрона). В этом диапазоне потери в стандартном оптоволокне минимальны — всего ~0,17 дБ/км.
2. Активная стабилизация оптоволокна. Система с обратной связью в реальном времени компенсировала фазовые флуктуации в длинных оптоволоконных линиях, сохраняя стабильность интерференции на всём 420-километровом пути.
3. Схема запутанности на одном фотоне. Вместо того чтобы ждать совпадения двух фотонов, схема DLCZ запутывает память и фотон уже при испускании одиночного фотона. Это резко увеличивает скорость генерации запутанности на больших расстояниях.

Преодоление фундаментального барьера — предела PLOB

Для квантовой связи существует фундаментальное ограничение — предел PLOB (по фамилиям физиков Пирандолы, Лауренцы, Оттавиани и Банки) . Он описывает максимальную скорость, с которой можно распределить запутанные кубиты через канал с потерями (например, через оптоволокно) без использования квантовых повторителей . Китайские физики впервые экспериментально показали, что на расстоянии более ~230–320 км схема с квантовой памятью даёт более высокую скорость запутывания, чем прямая передача через оптоволокно, то есть превышает предел PLOB . Это не просто рекорд, а прямое доказательство того, что квантовые повторители на основе памяти работают.

Что это значит для квантового интернета

Результат — не просто спортивное достижение. Это первое экспериментальное подтверждение того, что квантовая сеть на запоминающих устройствах может превзойти фундаментальное ограничение безрепитерной передачи . По сути, команда построила ключевой элемент будущего квантового повторителя.

• Переход от городского к межгородскому масштабу. Если раньше рекорды исчислялись десятками километров (2020 г. — 50 км, 2024 г. — сеть в Хэфэе), то сейчас дистанция достигла сотен километров, что соединяет целые города .
• Основа для масштабирования. Работа закладывает практическую базу для создания масштабируемых квантовых повторителей на основе памяти. Они могут стать основой глобального квантового интернета, обеспечив сверхзащищённое распределение квантовых ключей, распределённые квантовые вычисления и безопасную связь на любых расстояниях .