Ученые создали запоминающие устройства для создания квантового интернета

В Испании создали квантовые ячейки памяти, способные сохранять так называемую запутанность фотонов, что позволяет организовать сеть для передачи квантовой информации.

Описание соответствующей экспериментальной работы опубликовано в журнале Nature.

Квантовые компьютеры могут решать некоторые задачи гораздо быстрее классических компьютеров. Но недостаточно просто иметь такой компьютер – нужно уметь отправлять сигналы от одного компьютера к другому. Пока невозможно отправлять квантовыми сигналами на больших расстояниях.

Издание Habr пишет, что на практике инженеры используют обходной маневр, отправляя сигнал по множеству коротких путей, а в промежутках сохраняя его в памяти. Ученые из Института фотонных наук в Испании продемонстрировали, что можно кардинально улучшить этот метод при помощи квантовых ячеек памяти. Им удалось передавать сигналы, сохраняющиеся примерно в 1000 раз дольше, чем в предыдущих экспериментах. 

Сигнал, передающийся между квантовыми компьютерами, обычно представляет собой отдельные фотоны. Он склонен затухать и очень капризен по причинам, фундаментальным для квантовой физики. Его чрезвычайно трудно усилить, не нарушив, в отличие от электрических сигналов.

В связи с этим, важная задача – научиться отправлять надежные сигналы. Главная же трудность связана с законами квантовой физики, согласно которым, измерение сигнала нарушает его свойства (запутанность). Поэтому инженеры ищут варианты, как передавать фотоны по цепочке, не нарушая их запутанности, то есть не проводя непосредственных измерений.

Исследователи в своем эксперименте использовали отрезок оптоволоконного кабеля с устройствами для запоминания квантовой информации с обоих концов. В качестве модуля памяти взяли особый кристалл. Когда в него попадает фотон, кристалл определенным образом вибрирует, кодируя информацию о запутанности конкретного фотона.

Эксперименты показали, что при таком способе фотоны остаются запутанными по истечению достаточно длительного времени. Получается, что таким образом можно создавать узлы сети. 

Исследователи считают, что их систему можно приспособить к уже существующим компьютерным сетям и построить на этой основе квантовый интернет.

Квантовый компьютер принципиально отличается от традиционного – в основе его работы лежат законы квантовой механики. Для вычислений в нем применяют алгоритмы не классические (математические), а квантовые, использующие эффекты квантовой механики, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Базой для вычислений такого типа служит кубит (квантовый бит). В отличие от обычного бита, способного иметь только значения 1 и 0, кубит может может существовать в самых разных комбинациях этих значений, что в перспективе позволит создавать сверхбыстродействующие компьютеры. Считается, что кубиты станут строительными элементами будущих квантовых компьютеров, способных решать задачи, практически недоступные классическим цифровым компьютерам.

Напомним, исследователи из Венского технического университета вместе с учеными из США натолкнулась на удивительную форму "квантовой критичности". Данное открытие может привести к разработке концепции новых материалов.

Вполне возможно, что в скором времени будет налажено производство кремниевых кубитов, которые заменят классические транзисторы. Шаг в этом направлении сделали исследователи из французской лаборатории CEA-Leti и ученые Копенгагенского университета.