Создана пятиметровая микроволновая квантовая линия связи
Рекордно длинную микроволновую когерентную связь между двумя сверхпроводящими квантовыми системами смогли реализовать физики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Статья с описанием проекта опубликована 6 марта на интернет-портале ETH Zurich.
Длина волновода между двумя квантовыми чипами, помещенными в криогенный холодильник, составила пять метров. Охлаждение необходимо для того, чтобы тепловые флуктуации не разрушили квантовое состояние кубитов (физическая ячейка квантового компьютера, находящаяся в квантовой когерентности с другими его ячейками). Информация в созданной таким образом квантовой сети передавалась с помощью микроволновых фотонов от сверхпроводящего генератора к аналогичного рода приёмнику. Волновод, чтобы не нарушить квантовые состояния фотонов, также охлаждается до криогенных температур. Для охлаждения всей системы до нескольких сотых градуса выше абсолютного нуля (-273,15 градуса Цельсия) использовался жидкий гелий.
Исследователи объяснили, что задача состояла в том, чтобы соединить два сверхпроводящих квантовых чипа так, чтобы иметь возможность обмениваться состояниями суперпозиции между ними с минимальной декогеренцией. Квантовое состояние фотонов в ходе эксперимента было проверено посредством успешного прохождения теста Белла — измерение одного кубита мгновенно повлияло на результат измерения другого кубита.
Конечная цель эксперимента состояла в том, чтобы показать возможность создания криогенной квантовой сети, созданной модульным способом. Ученые уверены, что смогли продемонстрировать принципиальную возможность создания квантовых сетей. По их мнению, в ближайшие 10-20 лет именно по этому направлению пойдет развитие квантовых компьютеров — через соединение их элементов из сотен кубитов, размещаемых в отдельных холодильниках.
Напомним, увеличение мощности квантовых компьютеров может быть достигнуто двумя способами — ростом вычислительной мощности отдельных квантовых процессоров либо созданием сети процессоров, использующих единый протокол для передачи информации между чипами (кубитами). В обоих случаях должна быть обеспечена модульность системы, то есть возможность сочленения ее элементов с общим «интерфейсом» для передачи информации между ними.
Ранее ученым не удавалось обеспечить когерентность передачи данных при расположении сверхпроводящих квантовых систем на расстоянии в несколько метров. Исследователи из ETH Zurich надеются уже в ближайшее время представить 30-метровую линию квантовой связи.
Китайские ученые между тем смогли связать два узла квантовой памяти на расстоянии более 50 километров с помощью оптоволокна. Однако оптический квантовый компьютер пока уступает сверхпроводящему, поэтому оптическая связь полезна больше для квантовой коммуникации, нежели для вычислений.
Тест Белла — это эксперимент, направленный на доказательство принципа квантовой теории, говорящего о том, что наблюдение одной частицы мгновенно влияет на состояние связанной с ней частицы, где бы она ни находилась. Это означает, что информация от частицы к частице передаётся быстрее скорости света. В ходе теста измеряется состояние частиц в детекторах, соединенных «линией связи».
Квантовые компьютеры позволяют использовать особое свойство физического мира, недоступное обычным вычислительным устройствам, — квантовую когерентность. Благодаря этому в конкретный момент времени весь компьютер может находиться не в каком-то одном состоянии, как классический компьютер, а сразу в практически неограниченном количестве состояний. Это позволяет решать вычислительные задачи существенно быстрее стандартных ЭВМ. Пока реализованы только простейшие квантовые системы, которые могут выполнять ряд фиксированных алгоритмов. Полноценный квантовый компьютер — это пока лишь гипотетическая разработка. Однако задействуемые в таком компьютере квантовые эффекты позволят решать определенные вычислительные задачи существенно быстрее стандартных ЭВМ.
