Австрия ғылым және технология институтының (ISTA) физиктері алғаш рет «кванттық ванна» деп аталатын, өзара байланысқан жарық бөлшектерінен тұратын жүйені пайдалана отырып, толықтай автономды түрде таралған кванттық шатасуды жүзеге асырды.

Таралған шатасуға жаңа тәсіл

Болашақ кванттық компьютерлер қашықтағы модульдерді таралған шатасу арқылы байланыстыруды талап етуі мүмкін. Бұған дейін мұндай байланысты орнату үшін әдетте белсенді басқару мен бірнеше рет өлшеу қажет болатын. ISTA-да жасалған жаңа әдіс кванттық ваннаны қолдануға негізделген, ол қашықтағы кубиттерді сыртқы араласусыз автоматты түрде синхрондайды.

Physical Review X журналында жарияланған эксперимент алғаш рет 20 жылдан астам уақыт бұрын жасалған теориялық болжамды растады. Бұл тәсіл практикалық кванттық технологиялардың негізіне айналуы мүмкін, қашықтағы кванттық биттерді (кубиттерді) байланыстырып, ауқымды кванттық компьютерлер мен желілер құруға мүмкіндік береді.

Дәстүрлі әдістер және олардың шектеулері

Бұрын қашықтағы кубиттерді шатастырудың екі негізгі стратегиясы болған:

• Белсенді басқару арқылы бір фотонды бір кубиттен екіншісіне жіберу.
• Әр кубиттің фотондар генерациялап, оларды салыстыру арқылы шатасу жасау.

Екінші әдіс 2022 жылы физика бойынша Нобель сыйлығымен атап өтілген, бірақ ол да қайталанатын өлшеулерге тәуелді және әрдайым сәтті шатасуға әкелмейді.

Жаңа әдістің ерекшеліктері

Жаңа прототипте екі бөлек кубитті шатастыру үшін өзара байланысқан жарық бөлшектерінің ортақ көзі қолданылды. Кванттық ванна кубиттер арасындағы шатасуды құрып, тұрақтандырады және кванттық когеренттілікті қалыптастыру мен қолдауға жауапты орта ретінде әрекет етеді. Бұл тәсіл шатасқан күйдің тұрақты болуын қамтамасыз етеді, ал уақытша әдістерде шатасу тек қысқа уақытқа ғана сақталады.

Микротолқынды фотондарды қолдану

Кубиттерді шатасқан фотондар көзімен байланыстыру үшін микротолқынды фотондар пайдаланылды. Бұл төмен энергиялы жарық бөлшектері кванттық ақпаратты басқаруда кеңінен қолданылады және қазіргі заманғы асаөткізгіш кубиттер үшін маңызды. Ал оптикалық фотондар оптика мен атомдық физикада қолданылады және кванттық ақпаратты оптикалық талшық арқылы қашықтағы кванттық компьютерлер арасында тасымалдауда маңызды рөл атқара алады.

Шатасуды растау

Кванттық ванна ішіндегі екі кубиттің синхрондалуын растау үшін кванттық томография әдісі қолданылды — бұл әртүрлі өлшеулер арқылы кванттық жүйені қалпына келтіруге мүмкіндік береді. Өлшеулер небәрі 20–80 наносекундқа созылды, бұл кубиттердің ішкі күйлерін зерттеуге мүмкіндік берді.

Перспективалар мен шектеулер

Эксперимент барысында теориялық болжамды растайтын зертханалық прототип жасалды. Жаңа әдіс әзірге белсенді басқару қолданылатын дәстүрлі тәсілдерге қарағанда тиімділігі төмен — ваннадағы қолжетімді шатасудың шамамен 10%-ын ғана береді. Бұл идеяны жүзеге асырудың ұзаққа созылуының бір себебі — бастапқы теорияда қарастырылған идеал жағдайларды тәжірибеде қайталаудың күрделілігі.

Жасалған прототип кванттық оптикадағы жаңа эксперименттерге жол ашып, ауқымды кванттық процессорларды дамытуға және оларды қателерді түзетуге жақындатуға ықпал етуі мүмкін.