Квантовая запутанность без перемещения: новый метод обходит шумные каналы

Квантовые технологии страдают от утечки энергии и информации в окружающую среду. Теперь исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и Чикагского университета показали, что эту утечку можно использовать для создания запутанности — ключевого ресурса квантовых вычислений. Они разработали метод «синтетического сжатия» и реализовали его на паре сверхпроводящих кубитов. Об этом сообщает портал Phys.org.

В отличие от традиционных подходов, где запутанность готовят в одном месте, а затем переносят частицы, новый метод позволяет обойти этап транспортировки. «Именно на этапе переноса всё идёт не так — шум окружающей среды разрушает тщательно подготовленные свойства», — объяснил Вольфганг Пфафф, профессор физики из Иллинойса. Вместо этого система сама приходит к состоянию запутанности как к точке релаксации.

«Эта идея долго привлекала теоретиков, потому что противоречит нашему опыту, — добавил Аашиш Клерк из Чикагского университета. — Запутанность не готовится в один момент и не затухает, а возникает как естественное состояние покоя системы. Это похоже на холодильник, который откачивает внешние воздействия, поддерживая запутанность вместо холода».

Ключевой элемент — каскадная система, где кубиты непрерывно поглощают и излучают свет. Часть света рассеивается в окружение, а внешнее излучение балансирует потери, создавая устойчивое состояние. «Квантовым частицам не нужно двигаться, им достаточно уметь общаться», — отметил Клерк. Метод синтетического сжатия позволяет учесть реальные шумы и несовершенства оборудования.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review X. Сейчас группы работают над расширением метода на многокубитные системы. В перспективе это может позволить соединять квантовые компьютеры без передачи информации через шумные каналы. «Следующий шаг — выяснить, какие протоколы можно реализовать и какое преимущество это даст», — заключил Пфафф.