Квантова мережа атомів утримала заплутаність на рекордні 10 секунд.

Науковці Оксфордського університету розробили квантову мережу, використовуючи два різні атоми — стронцій і кальцій — і встановили рекорд за часом квантової заплутаності тривалістю 10 секунд. Цей успіх відкриває шлях до подовження часу заплутаності між атомами, що має критичне значення для розвитку розподілених квантових обчислювальних мереж.

У квантовій фізиці одним із найбільш перспективних досягнень є розвиток технологій квантових обчислень. використовують квантові бити () для зберігання та обробки інформації. На відміну від класичних битів, які здатні зберігати лише значення 0 або 1, квантові бити можуть зберігати одразу кілька значень між 0 і 1 і використовувати їх під час обробки інформації одночасно.

Отже, квантові біти пропонують експоненційний підхід до обробки великих обсягів даних; це може допомогти у вирішенні задач, на розв’язання яких найшвидші суперкомп’ютери сьогодні витратять роки. Саме тому квантові комп’ютери розглядаються як наступна межа обчислень. Однак критичним компонентом масштабованої квантової обчислювальної техніки є квантова заплутаність.

Чому важлива щирість?

Хоча квантовий біт здатний зберігати кілька значень одночасно, його реальна цінність полягає у зв’язку з іншими квантовими бітами; це дозволяє досліджувати численні кореляції одночасно. Це можливо лише тоді, коли один квантовий біт є заплутаним з іншим квантовим бітом, тобто один визначає стан іншого, навіть якщо вони фізично не пов’язані між собою.

Заплутаність також сприяє створенню багатобитових логічних врат, забезпечуючи більш динамічну взаємодію квантових битів порівняно зі стандартними одиницями, які природним чином є більш ізольованими. Крім того, це дозволяє квантовим комп’ютерам ефективно працювати з більш складними структурами даних і вирішувати деякі з найскладніших задач, з якими коли-небудь стикалося людство.

Найважливіше те, що заплутаність забезпечує можливість квантового телепортації та обміну інформацією між різними квантовими процесорами без фактичного поділу їх квантових бітів. Це спрощує побудову розподіленої квантової інфраструктури й сприяє масштабованому створенню квантових обчислювальних здібностей.

Як саме дослідження Оксфордського університету допоможуть?

Дослідники у своїх експериментах використовували атоми стронцію та кальцію, розмістивши кожен з них у двох різних станах. Світло зв’язувало атоми стронцію між собою, тоді як команда за допомогою локальних операцій поширила квантову заплутаність і на атоми кальцію, створивши розподілений квантовий стан, що охоплював усі чотири атоми.

Причиною використання кальцію цими дослідниками в даній установці є те, що він менш чутливий до магнітного шуму порівняно зі стронцієм, а також те, що його можна використовувати для збереження квантового стану на набагато довший час.

«Різні атомні типи надають різні переваги та недоліки для квантових застосувань», — заявив дослідник Оксфордського університету Доугл Мейн у прес-релізі. «Наявність кількох типів атомів у вашому квантовому комп’ютері дозволяє вам використовувати найкращі якості кожного з них.»

Дослідники продемонстрували перевагу використання різних атомів, зберігаючи квантову заплутаність протягом 10 секунд на противагу кільком мілісекундам, отриманим за допомогою тієї ж атомної групи.

«Це може забезпечити корисність квантових мереж у майбутньому для завдань, де кілька віддалених атомів мають поділяти й захищати один і той самий квантовий стан», — сказав Габріель Аранада, дослідник Оксфордського університету, який брав участь у цьому дослідженні, під час прес-конференції.

«Бу квантові обчислення, точніші вимірювання, що проводяться у віддалених місцях, а також порівняння атомних годинників різних типів.»

Дослідники опублікували свої результати в журналі Physical Review Letters.