Фізики вперше на практиці реалізували спосіб створення квантової заплутаності між двома віддаленими кубітами, який теоретики запропонували ще у 2004 році. Йдеться не про нове доведення існування квантової заплутаності, а про незвичайний метод її отримання. Два кубіти вдалося зв’язати між собою за допомогою спільного потоку спеціально підготовленого мікрохвильового випромінювання, хоча безпосередньо один з одним вони не взаємодіяли.
Джерело зображення: ШІ-генерація ChatGPT/3DNews
Квантова заплутаність створює корельовані квантові стани пари кубітів, що лежать в основі квантових обчислень. Стан заплутаності Ейнштейн колись назвав «диявольщиною», оскільки важко пояснити той факт, що вимірювання стану кубіта на Землі миттєво дає відповідь про стан заплутаного з ним кубіта в сузір’ї Кассіопеї.
Традиційно кубіти заплутують двома витонченими способами: або надсилають строго контрольований фотон від одного до іншого, або відправляють на змішувач по одному фотону від кожного кубіта, теж строго контрольованим чином і з обов’язковим детектуванням результату. В обох випадках процеси заплутування складні та потребують зворотного зв’язку, вимірювань і корекції параметрів фотонів. Новий метод схожий на ванну, в яку занурили кубіти, і це привело їх у стан заплутаності без усіх цих складних попередніх механізмів.
В експерименті використовувалися два надпровідних кубіти на джозефсонівських переходах. До кожного з них окремим кабелем надходила одна частина пари взаємопов’язаних мікрохвильових сигналів. Ці сигнали створював джозефсонівський параметричний перетворювач. Завдяки заздалегідь існуючому зв’язку між потоками випромінювання квантова заплутаність передавалася кубітам. Іншими словами, заплутаність мікрохвильового поля трансформувалася в заплутаність кубітів. При цьому системі не потрібно було постійно проводити вимірювання, відбирати тільки вдалі спроби або коригувати стан кубітів за допомогою зворотного зв’язку — все працювало ніби само собою і без активної участі експериментаторів.
Заплутаний стан виникав приблизно за 300 наносекунд і зберігався щонайменше 10 мікросекунд, поки на кубіти продовжувало надходити мікрохвильове випромінювання. Це означає, що зовнішній потік не просто створював заплутаність один раз, а постійно підтримував її, що значно спрощує організацію тривалої роботи квантової системи. Ступінь заплутаності поки залишалася порівняно невеликою: вченим вдалося передати кубітам близько однієї десятої квантового зв’язку, присутнього у вихідному випромінюванні. Однією з головних причин стали втрати сигналу в кабелях та інших елементах установки. З цієї причини технологію ще доведеться розвинути, щоб вона склала конкуренцію двом традиційним методам заплутування кубітів.
У майбутньому новий метод може спростити створення розподілених квантових комп’ютерів. Замість одного великого процесора можна буде використовувати кілька невеликих квантових модулів, з’єднаних потоками заплутаних фотонів. Джерело випромінювання зможе постійно підтримувати спільний квантовий зв’язок між віддаленими кубітами. Для практичного застосування фізикам, однак, потрібно буде зменшити втрати, покращити джерела мікрохвильового випромінювання та навчитися ефективно перетворювати мікрохвильові фотони на оптичні, які зручніше передавати на великі відстані.
Подробиці можна знайти на сайті: 3dnews.ru