Фізики вперше домоглися квантової телепортації між комп'ютерними чипами

Коли 2019 рік добігав кінця, подорож до повністю реалізованих квантових обчислень тривала: фізики вперше змогли продемонструвати квантову телепортацію між двома комп'ютерними чипами.

Простіше кажучи, цей прорив означає, що інформація передавалася між чипами не через фізичні електронні зв'язку, а через квантову заплутаність – шляхом з'єднання двох частинок через зазор з використанням принципів квантової фізики.

Ми ще не розуміємо у квантової заплутаності (це те ж саме явище, яке Альберт Айнштайн називав "моторошним дією"), але можливість використовувати його для передачі інформації між комп'ютерними чипами має велике значення, навіть якщо досі ми обмежені строго контрольованій лабораторній середовищем.

"Ми змогли продемонструвати високоякісну зв'язок заплутаності між двома чипами в лабораторії, де фотони на кожному чипі розділяють одне квантове стан", - пояснює квантовий фізик Ден Ллевеллін з університету Бристоля у Великобританії.

"Потім кожен чип був повністю запрограмований на виконання ряду демонстрацій, які використовують заплутування."

Гіпотетично квантова заплутаність може працювати на будь-якій відстані. Дві частинки нерозривно пов'язані один з одним, а це означає, що погляд на одну з них говорить нам щось про іншу, де б вона не перебувала (в даному випадку на окремому комп'ютерному чипі).

Щоб досягти свого результату, команда генерувала пари заплутаних фотонів, кодуючи квантову інформацію таким чином, щоб забезпечити низький рівень інтерференції і високий рівень точності. До чотирьох кубітів – квантовий еквівалент класичних обчислювальних бітів – були пов'язані разом.

"Флагманська демонстрація являла собою експеримент телепортації з двома чипами, в ході якого індивідуальне квантовий стан частинки передається через два чипи Після виконання квантового вимірювання", - говорить Ллевеллін.

"Цей вимір використовує дивну поведінку квантової фізики, яка одночасно руйнує зв'язок заплутування і передає стан частинки іншій частці, що вже знаходиться на чипі приймача."

Потім дослідники змогли провести експерименти, в яких точність досягала 91 відсотка, тобто майже вся інформація була передана і записана.

Вчені все більше і більше дізнаються про те, як працює квантова заплутаність, але поки це дуже важко контролювати. Це не те, що ви можете встановити всередині ноутбука: вам потрібно багато громіздкого, дорогого наукового обладнання, щоб змусити його працювати.

Але є надія, що досягнення в лабораторії, такі як ця, одного разу можуть привести до успіхів в обчисленнях, які кожен може використовувати у своїх інтересах – суперпотужна обчислювальна потужність і інтернет наступного рівня з вбудованим захистом від злому.

Низька втрата даних і висока стабільність телепортації, а також високий рівень контролю, який вчені змогли отримати над своїми експериментами, - все це багатообіцяючі ознаки з точки зору подальших досліджень.

Це також корисне дослідження для спроб змусити квантову фізику працювати з технологією кремнієвих чипів (Si-chip), що використовується в сучасних комп'ютерах, і комплементарними методами метал-оксид-напівпровідник (CMOS), що використовуються для виготовлення цих чипів.

"В майбутньому Єдина si-чипова інтеграція квантових фотонних пристроїв і класичних електронних засобів управління відкриє двері для повністю чипових КМОП-сумісних квантових мереж зв'язку і обробки інформації", - говорить квантовий фізик Цзяньвэй Ван з Пекінського університету в Китаї.

Дослідження було опубліковане у «Природі фізики».