Квантова заплутаність трьох віддалених атомних кубітів: новий рубіж для розподілених квантових мереж
У світі квантових обчислень стався знаковий прорив. Група дослідників з Університету Дьюка та компанії IonQ успішно реалізувала першу повністю розподілену тривузлову квантову мережу на базі окремих атомних кубітів. Це досягнення знаменує важливий крок на шляху до створення масштабованого квантового інтернету.
Ключовим результатом роботи стало формування так званого тристороннього заплутаного стану (Greenberger–Horne–Zeilinger, або GHZ-стан) між трьома віддаленими квантовими вузлами, з'єднаними між собою фотонними каналами. Раніше заплутаність демонструвалася лише для двох віддалених кубітів, а тривузлові мережі існували тільки на інших фізичних платформах. Тепер же вперше вдалося досягти цього на атомних кубітах, які мають унікальні переваги: їх можна незалежно контролювати, зчитувати і, що критично важливо, масштабувати для побудови обчислювальних систем.
Чому це переломний момент?
Основний головний біль розробників квантових комп'ютерів — це масштабування. Побудувати один гігантський квантовий процесор із тисячами кубітів практично неможливо через накопичення помилок та фізичні обмеження. Саме тому індустрія все активніше переходить до модульної архітектури. Замість одного монолітного пристрою пропонується створювати мережу з багатьох квантових вузлів, з'єднаних фотонами. Це нагадує еволюцію класичного інтернету, де обчислювальні ресурси розподілені між тисячами серверів.
Новий експеримент — прямий доказ життєздатності такого підходу. Дослідники показали, що окремі атомні пам'яті можуть формувати спільний квантовий стан через фотонні з'єднання, зберігаючи при цьому високу точність квантових операцій.
У ході експерименту достовірність (fidelity) заплутаного стану склала вражаючі 84–88%. Більше того, вчені вперше закрили так звану «лазівку детектування» для повністю розподіленого багатокомпонентного квантового стану, а також підтвердили порушення нерівності Мерміна — одного з ключових тестів, що доводять наявність справжніх квантових кореляцій.
Крок до квантового інтернету
Ця робота продовжує серію досліджень IonQ у галузі фотонних квантових з'єднань. Раніше команда демонструвала заплутаність між двома віддаленими іонними системами, а тепер розширила архітектуру до трьох повноцінних вузлів. Хоча технологія ще далека від комерційного застосування, подібні експерименти — це будівельні блоки майбутніх розподілених квантових комп'ютерів, захищених комунікаційних мереж і, зрештою, квантового інтернету.
Думка експерта: Досягнення тривузлової заплутаності на атомних кубітах — це не просто наукова демонстрація. Це критично важливий крок до подолання одного з головних бар'єрів на шляху до практичних квантових обчислень — масштабованості. Якщо ми зможемо надійно з'єднувати невеликі, але досконалі квантові модулі, то в перспективі зможемо будувати системи, потужність яких буде обмежена лише кількістю вузлів у мережі, а не фізичними розмірами одного чипа. Це змінює правила гри.