Но сегодня, чтобы соединить много пользователей, приходится использовать десятки или даже сотни разных световых волн. Например, сеть на 10 человек требует 90 каналов, а на 100 — уже 990. Чем больше пользователей, тем сложнее система, и это главное препятствие для масштабирования.

Группа ученых из Университета электронных наук и технологий Китая под руководством профессора Цяна Чжоу нашла способ сократить количество каналов. Они создали источник квантового света на основе кремниевых микроколец, который генерирует несколько запутанных состояний в одном канале. Вместо того чтобы выделять отдельную волну для каждой пары пользователей, они использовали две накачки разной длины волны и получили три независимых запутанных состояния в одном канале.

Результаты опубликованы в издании Light Science & Applications.

Эксперимент показал: для четырех пользователей нужно всего шесть каналов вместо двенадцати. Если масштабировать метод, сеть на 10 человек потребует 34 канала вместо 90, а чем больше пользователей, тем сильнее экономия. Получается парадокс: чем больше состояний упаковано в один канал, тем меньше волн нужно в целом.

Кроме экономии спектра, метод улучшает скорость квантового распределения ключей — основы защищенной связи. В тестах система показала скорость почти 2000 бит в секунду.

Гибкая настройка накачки позволяет перестраивать сеть под разные задачи, — говорит ведущий автор работы Юнь-Жу Фань.

Это шаг к масштабируемым квантовым сетям, — добавляет профессор Чжоу. — Следующий этап — улучшение качества мультиплексированных состояний и совмещение квантовых и классических сигналов в одном оптоволокне.

Этот метод решает ключевую проблему квантовых сетей — нехватку спектральных ресурсов. Сейчас для каждой пары пользователей нужен отдельный канал, а чем больше узлов, тем сложнее инфраструктура. Новый подход позволяет «упаковывать» несколько запутанных состояний в один канал, что:

• Снижает затраты — меньше лазеров, фильтров, детекторов.
• Упрощает масштабирование — сеть на 1000 пользователей станет реальной без необходимости в тысячах каналов.
• Повышает скорость — меньше потерь в оптике, выше эффективность квантовой криптографии.

Это не только фундаментальный прорыв, но и практическое решение для коммерческих квантовых сетей.

Отметим, что метод требует точной настройки параметров накачки и стабильности микроколец. В реальных условиях, где возможны температурные флуктуации и механические шумы, поддержание такой точности — нетривиальная задача. Кроме того, мультиплексирование может увеличить уровень шумов, что критично для квантовой криптографии.

Ранее ученые показали новый вид квантовой запутанности.