Прорыв в квантовых вычислениях: новый метод ускоряет передачу данных

Американские ученые создали нанофотонное устройство на основе кристаллов из оксидов иттрия, иттербия и ванадия, способное передавать информацию о состоянии сразу нескольких кубитов через единый канал связи.

Этот прорыв может значительно ускорить развитие распределенных квантовых вычислительных систем, сообщили в пресс-службе Калифорнийского технологического института (Caltech).

Как работает новая технология

"Мы продемонстрировали возможность мультиплексирования — одновременной передачи данных — для квантовой запутанности в сети из нескольких индивидуальных спиновых кубитов. Это позволит увеличить скорость обмена информацией между узлами квантовых вычислительных систем", — пояснил профессор Caltech Андрей Фараон.

Главная проблема квантовых компьютеров

Одним из основных вызовов в создании мощных квантовых компьютеров остается проблема увеличения числа взаимодействующих кубитов. По мере их роста резко возрастает уровень случайных помех, которые разрушают квантовые состояния и сокращают время их существования. Чтобы избежать этого, ученые предлагают строить квантовые системы из отдельных блоков, соединенных между собой посредством "квантового интернета".

В последние годы российские и зарубежные исследователи достигли значительных успехов в разработке подобных коммуникационных систем. Однако основное ограничение состоит в том, что существующие технологии позволяют передавать информацию о состоянии только одного кубита через один канал связи, что мешает масштабированию квантовых вычислений.

Как удалось решить проблему

Американские физики нашли способ обойти это ограничение. Используя нанокристаллы из оксидов иттрия, иттербия и ванадия, они смогли создать множество кубитов, которые можно "запутывать" с аналогичными ячейками в другом кристалле. Ключевая особенность этих квантовых ячеек заключается в том, что они взаимодействуют с лазерным излучением по-разному, что позволяет управлять ими индивидуально.

Опыты показали, что такие запутанные ионы иттербия-171 способны передавать через единый канал связи сразу около 20 квантовых состояний. Причем ученые уверены, что этот показатель можно увеличить в 10 раз, что даст огромный потенциал для развития распределенных квантовых вычислительных систем.

Этот прогресс не только ускорит работу квантовых компьютеров, но и приблизит их к практическому использованию в сложных вычислительных задачах будущего.

Уточнения

Ква́нтовая фи́зика - раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.