Прорыв закладывает основу для будущих квантовых сетей


Новое исследование, финансируемое армией, может помочь заложить основу для будущих сетей квантовой связи и крупномасштабных квантовых компьютеров.

Исследователи отправили запутанные состояния кубитов через кабель связи, соединяющий один узел квантовой сети со вторым узлом.

Ученые из Притцкеровской школы молекулярной инженерии при Чикагском университете, финансируемой и управляемой отделом развития боевых возможностей армии США, известным как DEVCOM, Центр распределенной квантовой информации армейской исследовательской лаборатории, также сначала усилили запутанное состояние через тот же кабель, используя кабель, чтобы запутать два кубита в каждом из двух узлов, а затем перепутать эти кубиты с другими кубитами в узлах. Рецензируемый журнал опубликовал исследование в своем номере от 24 февраля 2021 года.

«Результаты распределения запутанности, которых достигла команда, объединили годы их исследований, связанных с подходами к передаче квантовых состояний и связанных с продвинутыми процедурами изготовления для реализации экспериментов», – сказала д-р Сара Гэмбл, руководитель программы в Исследовательском офисе армии. лаборатории корпоративных исследований армии и со-менеджер CDQI, который финансировал работу. «Это захватывающее достижение, открывающее путь для все более сложных экспериментов с дополнительными квантовыми узлами, которые нам понадобятся для крупномасштабных квантовых сетей и компьютеров, представляющих наибольший интерес для армии».

Кубиты, или квантовые биты, являются основными единицами квантовой информации. Используя их квантовые свойства, такие как суперпозиция, и их способность связываться друг с другом, ученые и инженеры создают квантовые компьютеры следующего поколения, которые смогут решать ранее неразрешимые проблемы.

Исследовательская группа использует сверхпроводящие кубиты, крошечные криогенные схемы, которыми можно управлять электрически.

«Разработка методов, позволяющих передавать запутанные состояния, будет иметь важное значение для масштабирования квантовых вычислений», – сказал профессор Эндрю Клеланд, старший профессор кафедры инноваций и предпринимательства в области молекулярной инженерии Чикагского университета, возглавлявший исследование.

Запутанность – это корреляция, которая может быть создана между квантовыми объектами, такими как кубиты. Когда два кубита перепутаны и измерение производится на одном, это повлияет на результат измерения на другом, даже если этот второй кубит физически находится далеко.

Запутанность – это корреляция, которая может быть создана между квантовыми объектами, такими как кубиты. Когда два кубита перепутаны и измерение производится на одном, это повлияет на результат измерения на другом, даже если этот второй кубит физически находится далеко.

Чтобы передать запутанные состояния через коммуникационный кабель – сверхпроводящий кабель длиной один метр – исследователи создали экспериментальную установку с тремя сверхпроводящими кубитами в каждом из двух узлов. Они подключили по одному кубиту в каждом узле к кабелю, а затем отправили квантовые состояния в виде микроволновых фотонов по кабелю с минимальной потерей информации. Хрупкая природа квантовых состояний делает этот процесс довольно сложным.

Исследователи разработали систему, в которой весь процесс передачи – от узла к кабелю к узлу – занимает всего несколько десятков наносекунд (наносекунда составляет одну миллиардную долю секунды). Это позволило им посылать запутанные квантовые состояния с очень небольшой потерей информации.

Система также позволила им усилить запутанность кубитов. Исследователи использовали по одному кубиту в каждом узле и запутали их вместе, по сути, отправив полуфотон через кабель. Затем они распространили эту запутанность на другие кубиты в каждом узле. Когда они были закончены, все шесть кубитов в двух узлах были запутаны в едином глобально запутанном состоянии.

«Мы хотим показать, что сверхпроводящие кубиты будут играть жизнеспособную роль в будущем», – сказал Клеланд.

Квантовая сеть связи потенциально могла бы воспользоваться этим достижением. Группа планирует расширить свою систему до трех узлов, чтобы создать трехстороннюю запутанность.

Исследователи разработали систему, в которой весь процесс передачи – от узла к кабелю к узлу – занимает всего несколько десятков наносекунд (наносекунда составляет одну миллиардную долю секунды).

«Команда смогла определить основной ограничивающий фактор в этом текущем эксперименте, связанный с потерей некоторых компонентов», – сказал д-р Фредрик Фатеми, руководитель отдела квантовых наук DEVCOM ARL и со-менеджер CDQI. «У них есть четкий путь вперед для все более сложных экспериментов, которые позволят нам исследовать новые режимы в распределенной запутанности».


Добавить комментарий