Кванттық желілердегі серпіліс: алғаш рет қашықтағы атомдық кубиттердің үш жақты шиеленісуіне қол жеткізілді
Кванттық технологиялар әлемі кезекті маңызды қадам жасады. Дьюк университеті мен IonQ компаниясының зерттеу тобы жеке атомдық кубиттер негізінде алғашқы толық таратылған үш түйінді кванттық желіні сәтті жасап көрсетті. Негізгі жетістік фотондық арналар арқылы қосылған үш алыс кванттық түйін арасында Гринбергер-Хорн-Цайлингер (GHZ) күйі деп аталатын үш жақты шиеленіскен күйді қалыптастыру болды.
Эксперименттің мәні
Кванттық шиеленісу — бұл бірнеше бөлшектердің кез келген қашықтықта өзара байланыста болу құбылысы, ал біреуінің күйінің өзгеруі басқаларына лезде әсер етеді. Бұл қасиет болашақ кванттық желілер мен кванттық интернеттің іргетасы болып табылады. Бұған дейін ғалымдар екі түйін арасындағы шиеленісуге қол жеткізген, сондай-ақ басқа физикалық платформаларда үш түйінді желілер құрған. Алайда біздің жағдай ерекше: алғаш рет мұндай нәтиже жеке бақылауға, оқуға және, ең бастысы, есептеу жүйелерін құру үшін масштабтауға болатын жеке атомдық кубиттер үшін алынды.
Бұл неге серпіліс
Қазіргі кванттық компьютерлердің басты мәселесі — масштабтау. Қателердің жинақталуы мен аппараттық шектеулерге байланысты бір үлкен кванттық процессорды құру өте қиын. Дәл осы себепті индустрия модульдік архитектураға сүйенеді: монолитті құрылғының орнына фотондар арқылы қосылған көптеген кванттық түйіндерден тұратын желі құрылады. Бұл тәсіл есептеу ресурстары мыңдаған серверлер арасында таратылған классикалық интернеттің эволюциясын еске түсіреді.
Біздің эксперимент — осы бағыттағы тікелей қадам. Біз жеке атомдық жадтар фотондық қосылыстар арқылы ортақ кванттық күйді қалыптастыра алатынын, сонымен бірге операциялардың жоғары дәлдігін сақтайтынын көрсеттік. Сынақтар барысында шиеленіскен күйдің сенімділігі (fidelity) 84–88% жетті. Сонымен қатар, біз алғаш рет толық таратылған көпкомпонентті кванттық күй үшін «анықтау олқылығын» жабуға қол жеткіздік. Нәтижелер сонымен қатар шынайы кванттық корреляциялардың бар екенін дәлелдейтін негізгі сынақтардың бірі — Мермин теңсіздігінің бұзылуын растады.
Кванттық интернетке жол
Бұл жұмыс IonQ компаниясының фотондық кванттық қосылыстар саласындағы зерттеулер сериясын жалғастырады. Бұған дейін компания екі алыс иондық жүйе арасындағы шиеленісуді көрсеткен болатын, ал қазір біз архитектураны үш толыққанды түйінге дейін кеңейттік. Технология әлі коммерциялық енгізуден алыс болса да, мұндай эксперименттер болашақ таратылған кванттық компьютерлер, қорғалған байланыс желілері және, сайып келгенде, кванттық интернет үшін өте маңызды құрылыс блоктары болып табылады.
Сарапшының пікірі: Атомдық кубиттерде үш жақты шиеленісуге қол жеткізу — бұл жай зертханалық қызық емес, іргелі өзгеріс. Бұл модульдік архитектураның ең күрделі деңгейде — жеке атомдар деңгейінде де өміршең екенін дәлелдейді. Келесі логикалық қадам — түйіндер санын көбейту және қосылыстардың дәлдігін арттыру. Егер прогресс қарқыны сақталса, таратылған кванттық есептеуіштердің алғашқы прототиптері алдағы 5–7 жылда пайда болуы мүмкін.