USTC достигает прорыва в создании квантовых повторителей в 2026 году

В начале 2026 года исследователи из **Научно-технического университета Китая (USTC)** совершили знаковый прорыв в области **квантовых вычислений** и связи, продемонстрировав масштабируемый базовый блок для **квантовых повторителей**. Это достижение, опубликованное в журнале Nature, опирается на использование долгоживущей **квантовой памяти на захваченных ионах** и эффективных телекоммуникационных интерфейсов для создания запутанности по волоконно-оптическому кабелю протяженностью 10 километров. Преодолев быструю декогеренцию удаленных квантовых состояний, команда под руководством **Hao Li**, **Yi Yang** и **Ye Wang** представила первое практическое доказательство того, что квантовые сети городского масштаба физически и технологически осуществимы.

Концепция глобального **Квантового интернета** опирается на бесшовную интеграцию квантовой связи, квантовой метрологии и **распределенных квантовых вычислений**. Такая сеть обещает смену парадигмы в способах обработки и защиты информации, предлагая высокоточное зондирование и экспоненциальное ускорение вычислительных задач. Однако физический фундамент этой сети требует детерминированного распределения **запутанности** — явления, при котором частицы остаются связанными независимо от расстояния — на огромных географических пространствах. До недавнего времени инфраструктура, необходимая для поддержания этих хрупких связей на больших расстояниях, оставалась самым значимым «недостающим звеном» отрасли.

Как квантовые повторители решают проблему потери фотонов в оптоволокне?

**Квантовые повторители преодолевают потерю фотонов в оптоволокне путем разделения длинных каналов связи на более короткие сегменты и использования обмена запутанностью для их соединения без прямого усиления сигнала.** Используя **квантовую память** для хранения информации в ожидании подтверждения успешного соединения, эти повторители предотвращают **декогеренцию**, которая обычно возникает при передаче на большие расстояния. Этот метод эффективно обходит **теорему о запрете клонирования**, которая не позволяет усиливать квантовые состояния так же, как классические сигналы.

В традиционных волоконно-оптических телекоммуникациях потери сигнала устраняются с помощью усилителей, повышающих интенсивность света. Однако в сфере **квантовых вычислений** и связи стандартные усилители использовать нельзя, поскольку любая попытка скопировать или усилить квантовое состояние разрушает исходную информацию. Эти **экспоненциальные потери фотонов** в стеклянном волокне исторически ограничивали квантовую связь на основе оптоволокна относительно короткими дистанциями. **Квантовые повторители** решают эту проблему, создавая запутанность внутри локальных сегментов, а затем «передавая» (swap) эту запутанность следующему сегменту, формируя непрерывную цепь, которая может охватывать сотни или даже тысячи километров без необходимости клонирования сигнала.

Какие прорывы в области квантовых повторителей произошли в 2026 году?

**Основной прорыв 2026 года связан с разработкой долгоживущей памяти на захваченных ионах и протокола однофотонной запутанности с высокой видимостью для создания запутанности между узлами памяти на расстоянии 10 км.** В исследовании под авторством **Hao Li** и коллег было достигнуто время жизни запутанности, превышающее время, необходимое для ее установления, что устранило критическое «узкое место» — быструю декогеренцию в **удаленной квантовой памяти**. Это знаменует переход от теоретических лабораторных моделей к функциональному оборудованию, способному поддерживать сети **квантовых вычислений** городского масштаба.

Методология, использованная командой USTC, включала несколько ключевых технологических инноваций. Во-первых, они применили **технологию захваченных ионов**, которая обеспечивает значительно более длительное время когерентности по сравнению с другими твердотельными системами. Во-вторых, они разработали **эффективный телекоммуникационный интерфейс**, который преобразует внутренние квантовые состояния ионов в фотоны, совместимые с существующей оптоволоконной инфраструктурой. Это позволило исследователям поддерживать **запутанность между узлами памяти** по 10-километровому оптоволоконному каналу в течение среднего времени, необходимого для установления этой запутанности. Такая синхронизация является жизненно важным условием для масштабирования сети, так как она гарантирует, что квантовая информация не исчезнет до того, как следующее звено в цепи будет готово.

Как квантовые повторители обеспечат работу аппаратно-независимого QKD?

**Квантовые повторители делают возможным аппаратно-независимое распределение квантовых ключей (DI-QKD), расширяя распределение запутанности с высокой точностью на расстояния, невозможные для прямых оптоволоконных линий.** Подтвердив положительную скорость генерации секретных ключей на расстоянии 101 километр в асимптотическом пределе, команда **USTC** продемонстрировала, что **квантовые повторители** могут обеспечить «неподдающуюся взлому» связь. Это гарантирует, что безопасность связи обеспечивается законами физики, независимо от внутренних несовершенств оборудования.

Практическая демонстрация **DI-QKD** в масштабах города является, пожалуй, наиболее значимым непосредственным применением этого исследования. Команда успешно извлекла 1 917 секретных ключей из примерно 405 000 **пар Белла** на расстоянии 10 км. До этого технология DI-QKD была сильно ограничена расстоянием; новое исследование расширяет достижимый диапазон более чем на два порядка. Для государственной, финансовой и личной безопасности данных это означает переход к будущему, в котором **квантовая криптография** защищает информацию даже от самых изощренных классических или квантовых попыток взлома.

Последствия для области **квантовых вычислений** огромны, так как эти повторители служат фундаментальными «строительными блоками» для масштабируемой архитектуры. Доказав, что запутанность может быть установлена и удерживаться достаточно долго для пурификации и обмена, **Hao Li** и его коллеги представили проект многоузловых сетей. Способность достигать положительной скорости генерации ключей на расстоянии 101 км говорит о том, что мы приближаемся к моменту, когда квантовые узлы можно будет размещать с интервалами, аналогичными современным узлам классического интернета, что позволит создать гибридную инфраструктуру для перехода мира на квантово-защищенную связь.

Заглядывая вперед, фокус исследований в области **квантовых вычислений** сместится в сторону интеграции этих модулей повторителей в существующие коммерческие оптоволоконные сети. Следующим шагом для команды USTC и мирового научного сообщества станет оптимизация процесса **пурификации запутанности** для дальнейшего увеличения скорости генерации секретных ключей и расширение сети до нескольких узлов в ячеистой (mesh) конфигурации. По мере того как эти системы будут масштабироваться с 10 км до 100 км и, в конечном итоге, до глобальных масштабов, мечта о безопасном, взаимосвязанном **Квантовом интернете** переходит из области теоретической физики в реальность глобальных телекоммуникаций.

• **Основное исследование:** Базовый блок квантовых повторителей для масштабируемых квантовых сетей.
• **Ведущие авторы:** Hao Li, Yi Yang, Ye Wang (USTC).
• **Ключевой этап:** Запутанность по 10-километровому волокну с асимптотическим потенциалом до 101 км.
• **Технология:** Квантовая память на захваченных ионах и преобразование через телеком-интерфейс.
• **Сфера безопасности:** Прорыв в аппаратно-независимом распределении квантовых ключей (DI-QKD).