Американские ученые создали инновационное устройство на основе нанокристаллов, содержащих оксиды иттрия, иттербия и ванадия. Это изобретение позволяет квантовым компьютерам обмениваться данными о состоянии нескольких квантовых битов одновременно через единый канал связи. Подобное техническое решение значительно ускорит разработку распределенных систем квантовых вычислений.
Профессор Калифорнийского технологического института Андрей Фараон пояснил, что их команда впервые продемонстрировала возможность мультиплексирования квантовой запутанности в сети, состоящей из отдельных спиновых кубитов. Разработанный метод существенно увеличивает скорость обмена информацией между узлами квантовой вычислительной сети, что представляет собой значительный прогресс в развитии квантовых технологий.
Исследователи отмечают, что основным препятствием в развитии квантовых компьютеров является увеличение случайных помех при росте числа взаимодействующих кубитов. Эти помехи нарушают квантовое состояние ячеек памяти и уменьшают срок их существования. Для преодоления этой проблемы ученые предлагают разделить квантовый компьютер на независимые блоки, соединенные между собой при помощи особой коммуникационной системы.
Несмотря на значительные успехи в создании подобных систем связи, их развитие сдерживалось тем, что через один канал можно было передать информацию только об одной ячейке памяти. Это существенно ограничивало производительность распределенных квантовых компьютеров и затрудняло их масштабирование.
Американские физики обнаружили, что данную проблему можно решить с помощью специальных нанокристаллов, внутри которых создаются множественные кубиты, квантово запутанные с кубитами в другом кристалле. Ячейки квантовой памяти, представляющие собой ионы иттербия-171, имеют различные характеристики взаимодействия с лазерным излучением, что позволяет управлять ими по отдельности.
Эксперименты показали, что запутанные ионы иттербия-171 обеспечивают передачу около 20 квантовых состояний по одному каналу связи. При этом исследователи отмечают, что данный показатель можно увеличить в десять раз. В будущем это значительно ускорит функционирование и упростит масштабирование распределенных квантовых компьютеров, сообщает Калифорнийский технологический институт.