Үш алыстағы атомдық кубиттердің кванттық шиеленісуі: таратылған кванттық желілер үшін жаңа шекара
Кванттық есептеулер әлемінде маңызды серпіліс болды. Дьюк университеті мен IonQ компаниясының зерттеушілер тобы жеке атомдық кубиттер негізінде алғашқы толық таратылған үш түйінді кванттық желіні сәтті жүзеге асырды. Бұл жетістік масштабталатын кванттық интернетті құру жолындағы маңызды қадам болып табылады.
Жұмыстың негізгі нәтижесі фотондық арналар арқылы байланысқан үш қашықтағы кванттық түйін арасында үшжақты шиеленіскен күй (Greenberger–Horne–Zeilinger, немесе GHZ-күйі) қалыптастыру болды. Бұрын шиеленісу тек екі қашықтағы кубит үшін көрсетілген болатын, ал үш түйінді желілер тек басқа физикалық платформаларда ғана болған. Енді алғаш рет бұған атомдық кубиттерде қол жеткізілді, олардың бірегей артықшылықтары бар: оларды тәуелсіз басқаруға, оқуға және, ең бастысы, есептеу жүйелерін құру үшін масштабтауға болады.
Неліктен бұл бетбұрыс сәті?
Кванттық компьютерлерді әзірлеушілердің басты ауыртпалығы — масштабтау. Мыңдаған кубиттері бар бір алып кванттық процессорды салу қателердің жинақталуы мен физикалық шектеулерге байланысты мүмкін емес. Дәл осы себепті индустрия модульдік архитектураға көбірек көшуде. Бір монолитті құрылғының орнына фотондармен байланысқан көптеген кванттық түйіндерден тұратын желі құру ұсынылады. Бұл есептеу ресурстары мыңдаған серверлер арасында бөлінген классикалық интернеттің эволюциясын еске түсіреді.
Жаңа эксперимент — мұндай тәсілдің өміршеңдігінің тікелей дәлелі. Зерттеушілер жеке атомдық жадылар фотондық қосылыстар арқылы ортақ кванттық күйді құра алатынын, сонымен бірге кванттық операциялардың жоғары дәлдігін сақтайтынын көрсетті.
Эксперимент барысында шиеленіскен күйдің сенімділігі (fidelity) 84–88% құрады. Сонымен қатар, ғалымдар алғаш рет толық таратылған көпкомпонентті кванттық күй үшін «анықтау олқылығын» жауып, сондай-ақ нақты кванттық корреляциялардың бар екенін дәлелдейтін негізгі сынақтардың бірі — Мермин теңсіздігінің бұзылуын растады.
Кванттық интернетке қадам
Бұл жұмыс IonQ компаниясының фотондық кванттық қосылыстар саласындағы зерттеулер сериясын жалғастырады. Бұрын команда екі қашықтағы иондық жүйе арасындағы шиеленісуді көрсеткен болатын, ал қазір архитектураны үш толыққанды түйінге дейін кеңейтті. Технология коммерциялық қолданудан әлі алыс болса да, мұндай эксперименттер болашақ таратылған кванттық компьютерлердің, қорғалған байланыс желілерінің және, сайып келгенде, кванттық интернеттің құрылыс блоктары болып табылады.
Сарапшының пікірі: Атомдық кубиттерде үш түйінді шиеленісуге қол жеткізу — бұл жай ғана ғылыми демонстрация емес. Бұл практикалық кванттық есептеулер жолындағы негізгі кедергілердің бірі — масштабтауды еңсеруге бағытталған маңызды қадам. Егер біз шағын, бірақ жетілдірілген кванттық модульдерді сенімді түрде қоса алсақ, болашақта қуаты бір чиптің физикалық өлшемімен емес, желідегі түйіндер санымен ғана шектелетін жүйелерді құра аламыз. Бұл ойын ережелерін өзгертеді.