Инженеры Caltech продемонстрировали функционирующую квантовую сеть, состоящую из двух узлов, каждый из которых содержит несколько кубитов – фундаментальных блоков для квантовых вычислений. Этот прорыв закладывает основу для систем квантовой связи, способных объединить квантовые компьютеры так, как Интернет соединяет классические устройства.
Разработанный протокол мультиплексирования позволяет параллельно распределять квантовую информацию, одновременно подготавливая кубиты и передавая фотоны. Andrei Ruskuc пояснил: «Мультиплексирование спутанности преодолевает это узкое место за счёт использования нескольких кубитов в каждом процессоре или узле».
Экспериментальная установка построена на нанофабрикатных структурах из кристалла иттрия орфановадата (YVO4), в которые встроены редкоземельные ионы иттербия (Yb3+). Точные лазерные импульсы возбуждают атомы, вызывая их излучение, при этом фотоны остаются квантово спутанными с родительскими атомами. Оптические резонаторы усиливают взаимодействие света и вещества, демонстрируя в каждом узле примерно 20 кубитов с потенциалом увеличения этого числа как минимум в десять раз.
Особенности кристалла YVO4 приводят к тому, что каждый атом иттербия обладает немного различной оптической частотой. Эти вариации позволяют лазерам точно настраиваться на отдельные атомы, однако ранее считалось, что такие различия затрудняют образование спутанных состояний. Новаторский протокол, применяющий квантовое управление с использованием информации о времени прибытия фотонов, успешно преодолел эту проблему.
В основе метода лежит использование фотонов, испускаемых атомами в двух удалённых узлах, которые направляются в центральный детектор. При регистрации времени их прибытия система активирует квантовую схему, состоящую из серии логических преобразований, благодаря чему формируется спутанное состояние между кубитами. Andrei Ruskuc отметил: «Наш протокол использует информацию о времени прибытия фотонов и применяет квантовую схему... и после её применения остаётся спутанное состояние».
Ключевой принцип квантовой спутанности заключается в том, что состояния двух или более частиц оказываются взаимосвязанными таким образом, что измерение одного мгновенно определяет характеристику другого, независимо от расстояния между ними. Эта особенность применяется в протоколах квантовой связи и телепортации информации, ранее ограниченных низкой скоростью подготовки кубитов и передачи фотонов.
Группа исследователей во главе с профессором Andrei Faraon, William L. Valentine Professor of Applied Physics and Electrical Engineering в Caltech, достигла первого в мире демонстрационного применения мультиплексирования спутанности в квантовой сети отдельных спиновых кубитов. Andrei Ruskuc, ведущий автор исследования и ныне постдок в Гарварде, совместно с аспирантом Chun-Ju Wu внесли основной вклад в разработку этой методики. Работа выполнена при поддержке участников Emanuel Green, Sophie L. N. Hermans, William Pajak и Joonhee Choi и опубликована 26 февраля в журнале Nature, а нанофабрикация проводилась в Kavli Nanoscience Institute Caltech.
Новые возможности платформы на базе YVO4 с редкоземельными ионами иттербия открывают перспективу масштабирования квантовых сетей. Потенциал увеличения числа кубитов в каждом узле не только повышает скорость передачи квантовой информации, но и создаёт условия для формирования глобальной квантовой инфраструктуры, способной преобразовать вычислительную и коммуникационную индустрии.
Изображение носит иллюстративный характер
Разработанный протокол мультиплексирования позволяет параллельно распределять квантовую информацию, одновременно подготавливая кубиты и передавая фотоны. Andrei Ruskuc пояснил: «Мультиплексирование спутанности преодолевает это узкое место за счёт использования нескольких кубитов в каждом процессоре или узле».
Экспериментальная установка построена на нанофабрикатных структурах из кристалла иттрия орфановадата (YVO4), в которые встроены редкоземельные ионы иттербия (Yb3+). Точные лазерные импульсы возбуждают атомы, вызывая их излучение, при этом фотоны остаются квантово спутанными с родительскими атомами. Оптические резонаторы усиливают взаимодействие света и вещества, демонстрируя в каждом узле примерно 20 кубитов с потенциалом увеличения этого числа как минимум в десять раз.
Особенности кристалла YVO4 приводят к тому, что каждый атом иттербия обладает немного различной оптической частотой. Эти вариации позволяют лазерам точно настраиваться на отдельные атомы, однако ранее считалось, что такие различия затрудняют образование спутанных состояний. Новаторский протокол, применяющий квантовое управление с использованием информации о времени прибытия фотонов, успешно преодолел эту проблему.
В основе метода лежит использование фотонов, испускаемых атомами в двух удалённых узлах, которые направляются в центральный детектор. При регистрации времени их прибытия система активирует квантовую схему, состоящую из серии логических преобразований, благодаря чему формируется спутанное состояние между кубитами. Andrei Ruskuc отметил: «Наш протокол использует информацию о времени прибытия фотонов и применяет квантовую схему... и после её применения остаётся спутанное состояние».
Ключевой принцип квантовой спутанности заключается в том, что состояния двух или более частиц оказываются взаимосвязанными таким образом, что измерение одного мгновенно определяет характеристику другого, независимо от расстояния между ними. Эта особенность применяется в протоколах квантовой связи и телепортации информации, ранее ограниченных низкой скоростью подготовки кубитов и передачи фотонов.
Группа исследователей во главе с профессором Andrei Faraon, William L. Valentine Professor of Applied Physics and Electrical Engineering в Caltech, достигла первого в мире демонстрационного применения мультиплексирования спутанности в квантовой сети отдельных спиновых кубитов. Andrei Ruskuc, ведущий автор исследования и ныне постдок в Гарварде, совместно с аспирантом Chun-Ju Wu внесли основной вклад в разработку этой методики. Работа выполнена при поддержке участников Emanuel Green, Sophie L. N. Hermans, William Pajak и Joonhee Choi и опубликована 26 февраля в журнале Nature, а нанофабрикация проводилась в Kavli Nanoscience Institute Caltech.
Новые возможности платформы на базе YVO4 с редкоземельными ионами иттербия открывают перспективу масштабирования квантовых сетей. Потенциал увеличения числа кубитов в каждом узле не только повышает скорость передачи квантовой информации, но и создаёт условия для формирования глобальной квантовой инфраструктуры, способной преобразовать вычислительную и коммуникационную индустрии.
