Телепортація вже реальна: квантові комп'ютери вперше зв'язали без дротів, що це дає

За допомогою цього явища різні квантові комп'ютери зможуть обмінюватися інформацією та налаштуваннями без дротів. Повне дослідження опубліковано в журналі Nature.

Квантові комп'ютери можуть виконувати завдання в рази швидше за найшвидші електронні завдяки тому, що квантові частинки (кубіти) здатні перебувати одразу в кількох станах, а не бути лише одиницею чи нулем. Однак що більше кубітів містить одна машина, то складніше підтримувати стабільну та впорядковану роботу. Найменший вплив навколишнього середовища може вивести частинки з крихкого стану суперпозиції, а через це порушується вся система.

Щоб запобігти цьому, вчені пробували екранування, виправлення помилок, навіть укладання кубітів один на одного, але стабільності досі немає. Під час нового дослідження команда на чолі з Дугалом Мейном використала інший підхід — розподіл робочого навантаження між кількома невеликими процесорами та використання квантової телепортації для їхнього об'єднання в реальному часі.

"Телепортація" в цьому випадку означає не переміщення матерії через простір, а перенесення стану суперпозиції одного кубіта на інший на деякій відстані, використовуючи заплутаність і швидкий сплеск двійкових даних. У цьому випадку складніше зруйнувати систему, адже сторона, що приймає, просто перебудовує свій кубіт, щоб він відображав оригінал, і продовжує обчислення.

В останньому експерименті використовували пару "мережевих" кубітів — атомів, оптимізованих для відправки і прийому оптичних сигналів, — і пару "схемних" кубітів, призначених для обробки даних. Телепортація спочатку з'єднала мережеві кубіти; потім заплутаний зв'язок дав змогу кубітам схеми діяти так, наче вони використовують один і той самий чип.

Дослідникам вдалося створити логічний вентиль, що працює, між двома окремими квантовими чипами, розташованими на відстані близько шести футів один від одного (1,8 м). Дистанція на перший погляд не вражає, проте навіть такий зазор дає змогу інженерам вносити оновлення, ремонтувати або встановлювати абсолютно нове обладнання, не розкриваючи холодильної камери розміром із шафу (квантові комп'ютери наразі працюють тільки за дуже низьких температур).

Об'єднання процесорів значно знижує ймовірність помилок. Установка команди заплутала два іони ітербію, вистрілила необхідними класичними бітами і відтворила спіновий стан на іншому кубіті зі збігом 86%. Така точність перевищила поріг для базового логічного вентиля, тому дослідники запустили компактну версію алгоритму пошуку Гровера. Розподілений шлюз видавав правильну відповідь у 71% випадків, що непогано для прототипу.

Група не зупинилася на одному комірі. Вони виконали операції SWAP і iSWAP, будівельні блоки для більш складних схем, не переміщаючи іони з пасток. Кожен успіх все сильніше спростовував уявлення про те, що відстань знижує продуктивність.

"Завдяки з'єднанню модулів за допомогою фотонних зв'язків наша система набуває цінної гнучкості, даючи змогу модернізувати або замінювати модулі, не порушуючи всю архітектуру", — прокоментував Дуглас Мейн.

Інженерам належить підвищити точність, додати більше кубітів на модуль і автоматизувати створення чистих заплутаних пар. Команда Оксфорда зазначає, що навіть невелике збільшення числа кубітів дасть змогу протоколам очищення позбутися шуму, що підвищить імовірність успішного проходження через вентилі. Можливо, у майбутньому технологія дасть змогу створити квантовий інтернет, завдяки якому швидкі комп'ютери, датчики, симулятори і вузли шифрування будуть обмінюватися даними між містами або навіть континентами.

До цього повідомляли, що команда Школи інженерії Маккорміка Північно-Західного університету в США здійснила квантову телепортацію на 30 км. Ця технологія відкриває шлях до надшвидкого квантового інтернету.