Прорыв кубита это большой шаг к сетевым квантовым компьютерам говорят исследователи

Квантовые Вычисления

• Квантовые компьютеры приближаются. Будьте готовы к тому, что они все изменят
• Что такое квантовые вычисления сегодня? Как, почему и когда происходит сдвиг парадигмы
• Квантовое превосходство 'milestone', достигнутое светоизлучающим квантовым компьютером
• Что CIO нужно знать о квантовых вычислениях (бесплатный PDF)
• Что нужно знать разработчикам классического программного обеспечения о квантовых вычислениях (TechRepublic)

  Кубиты, или квантовые биты, являются основной единицей квантовой информации, и их свойства могут быть использованы для создания квантовых технологий следующего поколения; одним из таких свойств является запутанность. Запутанность возникает, когда два кубита взаимодействуют определенным образом, и они становятся необъяснимо связанными. Оказавшись запутанными, они начинают делиться одними и теми же свойствами, независимо от того, насколько они далеки друг от друга.

  Это означает, что, глядя на одну половину запутанной пары, ученые могут узнать свойства другой частицы, даже если они находятся за тысячи километров. Используя запутанность, ученые могли бы создавать сети связанных кубитов, которые, в свою очередь, могли бы помочь сделать квантовые вычисления более мощными, а также заложить основу для будущих квантовых коммуникационных сетей.

  "Разработка методов, которые позволяют нам передавать запутанные состояния, будет иметь важное значение для масштабирования квантовых вычислений", - сказал Эндрю Клеланд, профессор Чикагского университета, который возглавлял исследование.

  Чтобы запутанность была полезной, она должна быть установлена в первую очередь – то, что легче сказать, чем сделать. В рамках двухузловой экспериментальной установки ученых лаборатории Клиленда запутанность передавалась от узла к кабелю к узлу всего за несколько десятков наносекунд. Поскольку наносекунда составляла всего одну миллиардную долю секунды, это достижение было широко признано успешным.

© Предоставлено компанией ZDNet Используя метровый сверхпроводящий кабель для соединения узлов, ученые затем выбрали по одному кубиту в каждом узле и перепутали их вместе.

Квантовые ученые во всем мире активно работают над различными способами установления запутанности между двумя кубитами, но наиболее распространенная процедура до сих пор состояла в создании пары запутанных частиц, а затем их распределении между двумя точками.

Например, как только они запутываются, кубиты могут перемещаться по сетям оптического волокна. В прошлом году другая группа исследователей из Чикагского университета использовала существующую подземную сеть оптического волокна для поддержки запутанных фотонов, путешествующих по 52-мильной сети в пригородах города.

Другой метод заключается в использовании спутников в качестве источника запутанных фотонов, что позволяет частицам перемещаться на гораздо большие расстояния. Китай лидирует в этом пространстве: в 2017 году спутник страны Micius успешно доставил запутанные частицы на наземные станции на расстоянии до 1200 километров.

Однако перенос запутанности с одного кубита на другой, расположенный в другом квантовом узле, является беспрецедентным экспериментом. На этом дело не заканчивается: как только исследователи Cleland Lab использовали кабель, чтобы запутать два кубита в каждом из двух узлов, им затем удалось распространить эту запутанность на другие кубиты в каждом узле.

Другими словами, Клиленд и его команда "усилили" запутывание кубитов, пока все шесть кубитов в двух узлах не оказались запутанными в одном глобально запутанном состоянии. Следующий вызов? Чтобы расширить систему до трех узлов, необходимо построить трехстороннюю запутанность.

Создавая эту мелкомасштабную сеть запутанных частиц, ученые приближаются к созданию квантовой сети, которая может иметь большие последствия для квантовых вычислений. Запутывание может эффективно использоваться для создания квантовых кластеров, состоящих из связанных кубитов, расположенных в различных квантовых устройствах.

Во многом подобно тому, как суперкомпьютеры сегодня выполняют параллельные вычисления на многих ЦП, связанных друг с другом, широко ожидается, что в будущем квантовые вычисления будут разрешены многими различными модулями таких запутанных кубитов, все из которых связаны друг с другом для выполнения вычислений. "Эти модули должны будут посылать сложные квантовые состояния друг к другу, и это большой шаг в этом направлении", - сказал Клеланд.

Квантовые компьютеры, разрабатываемые в настоящее время такими технологическими гигантами, как IBM и Google, могут поддерживать только менее 100 кубитов – далеко не достаточно, чтобы технология начала оказывать реальное влияние. Компании уверены, что квантовые компьютеры рано или позднорасширятся ; но квантовая сеть в принципе может начать показывать результаты еще до того, как полноценный квантовый компьютер увидит свет дня.

В сущности, связывая вместе квантовые устройства, которые в их нынешнем виде обладают ограниченными возможностями, ученые рассчитывают, что они смогут создать квантовый суперкомпьютер, более мощный, чем квантовое устройство, работающее само по себе.

В дополнение к развитию квантовых вычислений, сеть взаимосвязанных кубитов может также обеспечить новые приложения в области квантовой связи. Правительства США и Китая, а также ЕС в последние годы проявляют заметный интерес к развитию квантового интернета, который будет опираться на запутывание для обмена квантовой информацией между квантовыми устройствами. Одним из ключевых применений такой квантовой сети было бы квантовое распределение ключей-не поддающийся взлому криптографический протокол, который, еще раз, полагается на взаимосвязанных квантовых частиц.