Современные технологии связи сталкиваются с постоянной необходимостью увеличения пропускной способности, безопасности и скорости передачи данных. В последние годы квантовые технологии, особенно квантовая телепортация, стали рассматриваться как ключевой элемент следующего поколения коммуникационных систем. Одним из актуальных направлений исследований является возможность одновременного использования классической и квантовой связи в пределах одной оптической волоконной инфраструктуры. Такая интеграция способна не только повысить эффективность использования существующих сетей, но и открыть двери новым областям применения, включая устойчивую к взлому передачу информации и развитие квантового интернета. Оптические волокна остаются наиболее востребованной средой для передачи данных благодаря своей высокой пропускной способности и низким потерям сигнала на большие расстояния.
Однако изначально они создавались для классической информации, где сигналы представлены интенсивностью света. Квантовые же сигналы, передающиеся в виде квантовых состояний фотонов, требуют особой чувствительности, защиты от помех и минимальных потерь. Основная сложность совмещения квантовой телепортации и классических телекоммуникаций в одном оптическом волокне заключается в том, что параметры обеих систем заметно разнятся. Квантовая телепортация требует сохранения когерентности квантовых состояний, что делает сигнал чрезвычайно уязвимым к шуму и аттенюации, особенно в условиях, где одновременно передаются мощные классические сигналы. Для решения этой задачи учёные и инженеры разрабатывают методы мультиплексирования различного рода.
Частотное мультиплексирование позволяет разделять спектральные полосы так, чтобы квантовые и классические сигналы распространялись на разных длинах волн. Это снижает взаимные помехи, однако требует высокоточного оборудования и тщательно настроенных систем фильтрации. Временное мультиплексирование выступает альтернативой, при которой квантовые и классические пакеты информации передаются в разные временные интервалы, что минимизирует их взаимодействие. Третий подход основан на использовании поляризационного мультиплексирования, применяя различное состояние поляризации к квантовому и классическому свету. Важным аспектом является оптимизация оборудования по приёму и генерации квантовых сигналов.
Например, суперчувствительные детекторы одиночных фотонов и системы стабилизации источников квантовых состояний играют решающую роль в поддержании высокой надежности квантовой телепортации. Исследования также показывают, что для успешного сосуществования в оптическом волокне необходимо снижения уровня спонтанного излучения и нелинейных эффектов, возникающих из-за мощных классических сигналов. Новейшие оптические усилители и фильтры позволяют минимизировать влияние этих нежелательных явлений. Практическое применение объединённых квантовых и классических коммуникаций открывает огромные перспективы. В первую очередь, квантовая телепортация обеспечивает передачу квантового состояния без физического перемещения носителя, что является основой для квантовой криптографии и безопасных сетей связи.
Доступ к таким технологиям с использованием существующих оптических систем значительно уменьшит затраты и ускорит масштабирование квантовых сетей. Более того, возможность одновременной передачи классической и квантовой информации в одном волокне ускорит развитие гибридных сетей. Они смогут обслуживать как традиционных пользователей, так и обеспечивать каналы для новых квантовых сервисов. Среди перспектив также выделяется создание квантового интернета — сети, способной обеспечить практически абсолютную безопасность и революционные вычислительные возможности. Текущие эксперименты и пилотные проекты уже демонстрируют успешную телепортацию квантовых состояний в оптических волокнах на десятки километров в условиях соседства с классическими потоками данных.
