alexandr_palkin (alexandr_palkin) wrote,
alexandr_palkin
alexandr_palkin

Category:

Кубитный прорыв - это большой шаг к сетевым квантовым компьютерам говорят исследователи

Ученым впервые удалось запутать два отдельных кубита, соединив их кабелем, что, вероятно, ускорит создание квантовых сетей, которые, объединив возможности нескольких квантовых устройств, могли бы повысить потенциал технологии даже в ее нынешнем ограниченном состоянии.

© Квантовый компьютер. Большие данные. Абстрактная физическая концепция с сеточным квантовым компьютером. Изучение элемента искусственного интеллекта. Криптографическая инфографика.Getty Images/iStockphot 

Исследователи из Лаборатории Клеланда Чикагского университета создали два квантовых узла, каждый из которых содержал по три сверхпроводящих кубита. Используя метровый сверхпроводящий кабель для соединения узлов, ученые затем выбрали по одному кубиту в каждом узле и связали их вместе, посылая так называемые "запутанные квантовые состояния" через кабель.

Принимая форму микроволновых фотонов, эти запутанные квантовые состояния чрезвычайно хрупки , что делает процесс особенно сложным; но исследователям тем не менее удалось перенести запутывание из одного узла в другой, связав кубиты в особое квантовое состояние, которое все еще увлекательно и запутывает квантовых ученых.

Квантовые вычисления

Кубиты, или квантовые биты, являются основной единицей квантовой информации, и их свойства могут быть использованы для создания квантовых технологий следующего поколения; одним из таких свойств является запутанность. Запутывание происходит, когда два кубита взаимодействуют определенным образом, и они становятся необъяснимо связанными. Однажды запутавшись, они начинают разделять одни и те же свойства, независимо от того, насколько они далеки друг от друга.

Это означает, что, глядя на одну половину запутанной пары, ученые могут узнать свойства другой частицы, даже если они находятся за тысячи километров. Используя запутанность, ученые могли бы создавать сети связанных кубитов, которые, в свою очередь, могли бы помочь сделать квантовые вычисления более мощными, а также заложить основу для будущих квантовых коммуникационных сетей.

"Разработка методов, которые позволяют нам передавать запутанные состояния, будет иметь важное значение для масштабирования квантовых вычислений", - сказал Эндрю Клеланд, профессор Чикагского университета, который возглавлял исследование.

Чтобы запутанность была полезной, она должна быть установлена в первую очередь – то, что легче сказать, чем сделать. В рамках двухузловой экспериментальной установки ученых лаборатории Клиленда запутанность передавалась от узла к кабелю к узлу всего за несколько десятков наносекунд. Поскольку наносекунда составляла всего одну миллиардную долю секунды, это достижение было широко признано успешным.

Используя метровый сверхпроводящий кабель для соединения узлов, ученые затем выбрали по одному кубиту в каждом узле и перепутали их вместе изображение: Cleland Lab ©Предоставлено компанией ZDNet

Квантовые ученые во всем мире активно работают над различными способами установления запутанности между двумя кубитами, но наиболее распространенная процедура до сих пор состояла в создании пары запутанных частиц, а затем их распределении между двумя точками.

Например, как только они запутываются, кубиты могут перемещаться по сетям оптического волокна. В прошлом году другая группа исследователей из Чикагского университета использовала существующую подземную сеть оптического волокна для поддержки запутанных фотонов, путешествующих по 52-мильной сети в пригородах города.

Другой метод заключается в использовании спутников в качестве источника запутанных фотонов, что позволяет частицам перемещаться на гораздо большие расстояния. Китай лидирует в этом пространстве: в 2017 году спутник страны Micius успешно доставил запутанные частицы на наземные станции на расстоянии до 1200 километров.

Однако перенос запутанности с одного кубита на другой, расположенный в другом квантовом узле, является беспрецедентным экспериментом. На этом дело не заканчивается: как только исследователи Cleland Lab использовали кабель, чтобы запутать два кубита в каждом из двух узлов, им затем удалось распространить эту запутанность на другие кубиты в каждом узле.

Другими словами, Клиленд и его команда "усилили" запутывание кубитов, пока все шесть кубитов в двух узлах не оказались запутанными в одном глобально запутанном состоянии. Следующий вызов? Чтобы расширить систему до трех узлов, необходимо построить трехстороннюю запутанность.

Создавая эту мелкомасштабную сеть запутанных частиц, ученые приближаются к созданию квантовой сети, которая может иметь большие последствия для квантовых вычислений. Запутывание может эффективно использоваться для создания квантовых кластеров, состоящих из связанных кубитов, расположенных в различных квантовых устройствах.

Точно так же, как сегодня суперкомпьютеры выполняют параллельные вычисления на множестве процессоров, соединенных друг с другом, широко ожидается, что в будущем квантовые вычисления будут поддерживаться множеством различных модулей таких запутанных кубитов, соединенных друг с другом для выполнения вычислений. "Эти модули должны будут посылать сложные квантовые состояния друг другу, и это большой шаг к этому", - сказал Клеланд.

Квантовые компьютеры, которые в настоящее время разрабатываются технологическими гигантами вроде IBM и Google, могут поддерживать только менее 100 кубитов – далеко не достаточно, чтобы технология начала оказывать реальное влияние. Компании уверены, что квантовые компьютеры будут расширяться раньше, чем позже; но квантовая сеть в принципе может начать показывать результаты еще до того, как полноценный квантовый компьютер увидит свет.

В сущности, связывая вместе квантовые устройства, которые в их нынешнем виде обладают ограниченными возможностями, ученые рассчитывают, что они смогут создать квантовый суперкомпьютер, более мощный, чем квантовое устройство, работающее само по себе.

В дополнение к развитию квантовых вычислений, сеть взаимосвязанных кубитов может также обеспечить новые приложения в области квантовой связи. Правительства США и Китая, а также ЕС в последние годы проявляют заметный интерес к развитию квантового интернета, который будет опираться на запутывание для обмена квантовой информацией между квантовыми устройствами. Одним из ключевых применений такой квантовой сети было бы квантовое распределение ключей-не поддающийся взлому криптографический протокол, который, еще раз, полагается на взаимосвязанных квантовых частиц.

Источник

Tags: Квантовые технологии, США
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments