Kvantové sítě udržely provázanost atomů rekordních 10 sekund.

Vědci z Oxfordské univerzity vyvinuli kvantovou síť využívající dva různé atomy – strontium a vápník – a stanovili rekord v délce kvantového provázání dosahující 10 sekund. Tento úspěch otevírá cestu k dalšímu prodloužení doby kvantového provázání mezi atomy, což má zásadní význam pro vývoj distribuovaných kvantových výpočtů.

Jedním z nejnadějnějších vývojových směrů v kvantové fyzice je vývoj kvantových výpočtových technologií. využívají kvantové bity () k ukládání a zpracování informací. Na rozdíl od klasických bitů, které mohou ukládat pouze hodnotu 0 nebo 1, mohou kvantové bity ukládat více hodnot mezi 0 a 1 a využívat je při zpracování informací současně.

Takže kvantové bity nabízejí exponenciální přístup k zpracování velkých objemů dat; to může pomoci při řešení problémů, jejichž vyřešení by dnešní nejrychlejší superpočítače zabraly desítky let. Kvantové počítače jsou proto považovány za další hranici výpočetního výkonu. Klíčovou součástí škálovatelné kvantové výpočtové techniky je však kvantové provázání.

Proč je důležitá flexibilita?

Ačkoliv může kvantový bit uchovávat více hodnot současně, jeho skutečný přínos spočívá v provázání s dalšími kvantovými bity; to umožňuje průzkum mnoha korelací najednou. To je možné pouze v případě, když je jeden kvantový bit provázán s jiným kvantovým bitem, tedy když jeden určuje stav druhého, a ačkoliv nejsou fyzicky propojeni.

Dolavitost také usnadňuje vytváření víceqbitych logických hradel, což umožňuje dynamičtější vzájemné interakce kvantových bitů ve srovnání se standardními jednotkami, které jsou přirozeně lépe izolované. Navíc umožňuje kvantovým počítačům zvládat složitější datové struktury při výpočtech a řešit některé z nejtěžších problémů, které svět kdy viděl.

To nejdůležitější – provázanost umožňuje kvantovou teleportaci a sdílení informací mezi různými kvantovými procesory bez skutečného sdílení kvantových bitů. To usnadňuje výstavbu distribuované kvantové infrastruktury a pomáhá budovat schopnosti kvantového výpočtu v škálovatelné formě.

Jak pomohou výzkumné studie z Oxfordu?

Výzkumníci ve svých experimentech použili atony stronia a vápníku a každý z nich umístili do dvou různých pozic. Světlo spoilo strontiové atony, zatímco tým pomocí lokálních operací rozšíl kvantové provázání také na atony vápníku a vytvořil sdílený kvantový stav zahrnující všechny čtyři atony.

Důvodem, proč výzkumníci v tomto uspořádání využívají vápník, je jeho nižší citlivost na magnetický šum ve srovnání se stronciem a možnost jeho použití pro dlouhodobé zachování kvantového stavu.

„Různé typy atomů přinášejí různé výhody a nevýhody pro kvantové aplikace,” uvedl oxfordský výzkumník Dougal Main v tiskové zprávě. „Když máte ve svém kvantovém počítači více typů atomů, můžete využít nejlepší vlastnosti každého z nich.”

Výzkumníci ukázali výhodu využívání různých atomů tím, že zachovali kvantovou provázanost po dobu 10 sekund na rozdíl od několika milisekund dosažených se stejnou skupinou atomů.

„Tato práce by mohla přispět k tomu, aby budoucí kvantové sítě byly užitečné pro úkoly, které vyžadují sdílení a ochranu stejného kvantového stavu několika vzdálených atomů,” uvedl Gabriel Araneda, výzkumník Oxfordské univerzity, který se na této práci podílel, v tiskové zprávě.

Kvantová výpočetní technika může zahrnovat přesnější měření prováděná ve velkých vzdálenostech a porovnávání různých typů atomových hodin.

Výzkumníci zveřejnili své výsledky v časopise Physical Review Letters.