Революція у квантових обчисленнях: Вперше реалізовано новий метод заплутування кубітів
Науковці з галузі фізики успішно втілили у реальність метод генерації квантової заплутаності між двома віддаленими кубітами, який був теоретично запропонований ще у 2004 році. Ця розробка не стосується підтвердження самого явища квантової заплутаності, а зосереджена на інноваційному підході до її досягнення. Вченим вдалося встановити зв’язок між двома кубітами за допомогою спільного потоку спеціально підготовленого мікрохвильового випромінювання, незважаючи на відсутність прямої взаємодії між ними.
Джерело зображення: ШІ-генерація ChatGPT/3DNews
Квантова заплутаність формує корельовані квантові стани для пар кубітів, які є фундаментом для квантових обчислень. Альберт Ейнштейн одного разу назвав стан заплутаності “моторошною дією на відстані”, адже надзвичайно складно пояснити, як миттєве вимірювання стану кубіта на Землі дає інформацію про стан заплутаного з ним кубіта, розташованого, наприклад, у сузір’ї Кассіопеї.
Традиційні та новий підходи до заплутування
Зазвичай кубіти заплутують двома складними методами: або шляхом надсилання ретельно контрольованого фотона від одного кубіта до іншого, або через надсилання по одному фотону від кожного кубіта до спеціального змішувача. У другому випадку також потрібен точний контроль та обов’язкове детектування результату. Обидва методи заплутування є доволі складними, вимагають зворотного зв’язку, проведення вимірювань та коригування параметрів фотонів. Нова розробка нагадує занурення кубітів у своєрідну “ванну”, що призводить до їхнього заплутаного стану без потреби в цих складних попередніх механізмах.
Експериментальна реалізація
У проведеному експерименті було задіяно два надпровідні кубіти на основі джозефсонівських переходів. Кожен кубіт отримував свою частину пари взаємопов’язаних мікрохвильових сигналів через окремий кабель. Джерелом цих сигналів виступав джозефсонівський параметричний перетворювач. Завдяки попередньо встановленому зв’язку між потоками випромінювання, квантова заплутаність ефективно передавалася кубітам. Простіше кажучи, заплутаність мікрохвильового поля трансформувалася в заплутаність кубітів. Важливо, що система не потребувала постійних вимірювань, відбору успішних спроб чи корекції станів кубітів через зворотний зв’язок – процес відбувався ніби самостійно, без активного втручання дослідників.
Результати та перспективи
Заплутаний стан формувався приблизно за 300 наносекунд і підтримувався щонайменше 10 мікросекунд, доки на кубіти надходило мікрохвильове випромінювання. Це свідчить про те, що зовнішній потік не просто ініціював заплутаність, а й активно підтримував її, що суттєво спрощує організацію тривалої роботи квантових систем. Ступінь заплутаності наразі залишається відносно невисокою: науковцям вдалося передати кубітам приблизно десяту частину квантового зв’язку, що був присутній у вихідному випромінюванні. Однією з основних причин цього є втрати сигналу в кабелях та інших компонентах установки. Тому технологію ще належить удосконалити, щоб вона могла конкурувати з двома загальноприйнятими методами заплутування кубітів.
У майбутньому ця інноваційна методика може значно полегшити створення розподілених квантових комп’ютерів. Замість одного масштабного процесора можна буде використовувати кілька менших квантових модулів, об’єднаних потоками заплутаних фотонів. Джерело випромінювання зможе постійно підтримувати загальний квантовий зв’язок між віддаленими кубітами. Однак для практичного впровадження фізикам необхідно буде мінімізувати втрати сигналу, вдосконалити джерела мікрохвильового випромінювання та навчитися ефективно перетворювати мікрохвильові фотони на оптичні, які зручніше передавати на значні відстані.
Порада від Soft Portal:
Ця наукова розробка відкриває нові горизонти для розвитку квантових обчислень, роблячи процес заплутування кубітів значно простішим та ефективнішим. Хоча технологія ще потребує вдосконалення, вона має потенціал суттєво прискорити створення потужних квантових комп’ютерів майбутнього, що може призвести до революційних змін у багатьох сферах науки та технологій.