Соединили, не уничтожив частицы света. Физики объединили тринадцать кубитов в квантовую сеть
Физикам из китайского Университета Цинхуа удалось найти способ объединять запутанные фотоны в крупные вычислительные сети без их разрушения. Они смогли создать стабильную систему из 13 фотонных кубитов.
Главная проблема квантовой оптики годами упиралась в деликатную природу света. Стоило ученым попытаться связать частицы друг с другом или измерить их состояние, как приборы поглощали фотоны, и те утрачивали свои свойства. Из-за этого объединение кубитов напоминало лотерею. Большинство попыток заканчивались неудачей, а для каждого шага требовалось все больше громоздкого оборудования.
Об этом пишет Phys.org .
Авторы исследования пошли другим путем. Вместо того чтобы пытаться создать гигантскую запутанную систему за один рискованный шаг, они собрали ее как конструктор — из меньших, заранее подготовленных групп микроволновых фотонов.
Связать их помогли сверхпроводящие микросхемы и метод так называемого неразрушающего измерения (QND). Эта технология позволяет извлекать необходимые данные о квантовом состоянии, не уничтожая при этом сами фотоны.
«Большие фотонные граф-состояния — это ключевой ресурс для квантовой связи, сетей и компьютеров, основанных на измерениях», — пояснил ведущий автор исследования Хунъи Чжан.
В ходе эксперимента ученые кодировали квантовую информацию в точное время прибытия фотонов. Затем чувствительный детектор переводил пары частиц в совместное состояние Белла, а точная подстройка частот позволяла исследователям буквально указывать, какие именно фотоны должны соединиться друг с другом в каждый конкретный момент.
В результате физики зафиксировали истинную многочастичную запутанность для всех 13 кубитов одновременно. Кроме того, сверхпроводящие элементы схемы научились быстро сбрасывать остаточное состояние и использоваться повторно, что уберегло систему от накопления ошибок.
Сами авторы признают, что 13 кубитов — это важный лабораторный рекорд, но еще не готовый квантовый компьютер. Установке все еще недостает точности детекторов и эффективности генерации света. Тем не менее, эксперимент впервые доказал, что масштабировать квантовые сети можно без потери фотонов и без опоры на слепую случайность.