Телепортация уже реальна: квантовые компьютеры впервые связали без проводов, что это дает

С помощью этого явления разные квантовые компьютеры смогут обмениваться информацией и настройками без проводов. Полное исследование опубликовано в журнале Nature.

Квантовые компьютеры могут выполнять задачи в разы быстрее самых быстрых электронных благодаря тому, что квантовые частицы (кубиты) способны находиться сразу в нескольких состояниях, а не быть только единицей или нулем. Однако чем больше кубитов содержит одна машина, тем сложнее поддерживать стабильную и упорядоченную работу. Малейшее влияние окружающей среды может вывести частицы из хрупкого состояния суперпозиции, а из-за этого нарушается вся система.

Чтобы предотвратить это, ученые пробовали экранирование, исправление ошибок, даже укладку кубитов друг на друга, но стабильности до сих пор нет. Во время нового исследования команда во главе с Дугалом Мэйном использовала другой подход — распределение рабочей нагрузки между несколькими небольшими процессорами и использование квантовой телепортации для их объединения в реальном времени.

"Телепортация" в этом случае означает не перемещение материи через пространство, а перенос состояния суперпозиции одного кубита на другой на некотором расстоянии, используя запутанность и быстрый всплеск двоичных данных. В этом случае сложнее разрушить систему, ведь принимающая сторона просто перестраивает свой кубит, чтобы он отражал оригинал, и продолжает вычисления.

В последнем эксперименте использовалась пара "сетевых" кубитов — атомов, оптимизированных для отправки и приема оптических сигналов, — и пара "схемных" кубитов, предназначенных для обработки данных. Телепортация сначала соединила сетевые кубиты; затем запутанная связь позволила кубитам схемы действовать так, как будто они используют один и тот же чип.

Исследователям удалось создать работающий логический вентиль между двумя отдельными квантовыми чипами, расположенными на расстоянии около шести футов друг от друга (1,8 м). Дистанция на первый взгляд не впечатляет, однако даже такой зазор позволяет инженерам вносить обновления, ремонтировать или устанавливать совершенно новое оборудование, не вскрывая холодильную камеру размером со шкаф (квантовые компьютеры сейчас работают только при очень низких температурах).

Объединение процессоров значительно снижает вероятность ошибок. Установка команды запутала два иона иттербия, выстрелила требуемыми классическими битами и воссоздала спиновое состояние на другом кубите с совпадением 86%. Такая точность превысила порог для базового логического вентиля, поэтому исследователи запустили компактную версию алгоритма поиска Гровера. Распределенный шлюз выдавал правильный ответ в 71% случаев, что неплохо для прототипа.

Группа не остановилась на одном вороте. Они выполнили операции SWAP и iSWAP, строительные блоки для более сложных схем, не перемещая ионы из ловушек. Каждый успех все сильнее опровергал представление о том, что расстояние снижает производительность.

"Благодаря соединению модулей с помощью фотонных связей наша система приобретает ценную гибкость, позволяя модернизировать или заменять модули, не нарушая всю архитектуру", — прокомментировал Дуглас Мэйн.

Инженерам предстоит повысить точность, добавить больше кубитов на модуль и автоматизировать создание чистых запутанных пар. Команда Оксфорда отмечает, что даже небольшое увеличение числа кубитов позволит протоколам очистки избавиться от шума, что повысит вероятность успешного прохождения через вентили. Возможно, в будущем технология позволит создать квантовый интернет, благодаря которому быстрые компьютеры, датчики, симуляторы и узлы шифрования будут обмениваться данными между городами или даже континентами.

До этого сообщали, что команда Школы инженерии Маккормика Северо-Западного университета в США совершила квантовую телепортацию на 30 км. Эта технология открывает путь к сверхбыстрому квантовому интернету.