Вчені створили пристрої, що запам'ятовують, для створення квантового інтернету

В Іспанії створили квантові осередки пам'яті, здатні зберігати так звану заплутаність фотонів, що дозволяє організувати мережу для передачі квантової інформації.

Опис відповідної експериментальної роботи опубліковано в журналі Nature.

Квантові комп'ютери можуть вирішувати деякі завдання набагато швидше класичних комп'ютерів. Але недостатньо просто мати такий комп'ютер — потрібно вміти відправляти сигнали від одного комп'ютера до іншого. Поки неможливо відправляти квантові сигнали на великі відстані.

Видання Habr пише, що на практиці інженери використовують обхідний маневр, відправляючи сигнал по безлічі коротких шляхів, а в проміжках зберігаючи його в пам'яті. Вчені з Інституту фотонних наук в Іспанії продемонстрували, що можна кардинально поліпшити цей метод за допомогою квантових осередків пам'яті. Їм вдалося передавати сигнали, що зберігаються приблизно в 1000 разів довше, ніж в попередніх експериментах.

Сигнал, що передається між квантовими комп'ютерами, зазвичай являє собою окремі фотони. Він схильний затухати і дуже примхливий з причин, фундаментальних для квантової фізики. Його надзвичайно важко посилити, не порушивши, на відміну від електричних сигналів.

У зв'язку з цим, важливе завдання — навчитися відправляти надійні сигнали. Головні ж труднощі зв'язані із законами квантової фізики, згідно з якими, вимір сигналу порушує його властивості (заплутаність). Тому інженери шукають варіанти, як передавати фотони по ланцюжку, не порушуючи їх заплутаності, тобто не проводячи безпосередніх вимірювань.

Дослідники у своєму експерименті використовували відрізок оптоволоконного кабелю з пристроями для запам'ятовування квантової інформації з обох кінців. Як модуль пам'яті, взяли особливий кристал. Коли в нього потрапляє фотон, кристал певним чином вібрує, кодуючи інформацію про заплутаність конкретного фотона.

Експерименти показали, що при такому способі фотони залишаються заплутаними по закінченню досить тривалого часу. Виходить, що таким чином можна створювати вузли мережі.

Дослідники вважають, що їх систему можна пристосувати до вже існуючих комп'ютерних мереж і побудувати на цій основі квантовий інтернет.

Квантовий комп'ютер принципово відрізняється від традиційного — в основі його роботи лежать закони квантової механіки. Для обчислень в ньому застосовують алгоритми не класичні (математичні), а квантові, що використовують ефекти квантової механіки, такі як квантовий паралелізм і квантова заплутаність.

Базою для обчислень такого типу служить кубіт (квантовий біт). На відміну від звичайного біта, здатного мати тільки значення 1 і 0, кубіт може може існувати у найрізноманітніших комбінаціях цих значень, що в перспективі дозволить створювати надшвидкодіючі комп'ютери. Вважається, що кубіти стануть будівельними елементами майбутніх квантових комп'ютерів, здатних вирішувати завдання, практично недоступні класичним цифровим комп'ютерів.

Нагадаємо, дослідники з Віденського технічного університету разом з вченими з США натрапили на дивну форму "квантової критичності". Це відкриття може привести до розробки концепції нових матеріалів.

Цілком можливо, що незабаром буде налагоджено виробництво кремнієвих кубітів, які замінять класичні транзистори. Крок у цьому напрямку зробили дослідники з французької лабораторії CEA-Leti і вчені Копенгагенського університету.