Физики связали два кубита «квантовой ванной» из коррелированных фотонов

Физики Института науки и технологий Австрии (ISTA) экспериментально связали два пространственно разделённых кубита с помощью так называемой квантовой ванны — общего источника коррелированных фотонов. По данным авторов, система самостоятельно создаёт и стабилизирует запутанное состояние, не требуя активного управления или повторных измерений.

Результаты опубликованы в журнале Physical Review X. Работа стала экспериментальной реализацией теоретического предложения, выдвинутого более 20 лет назад. Над проектом работали аспирант Алехандро Андрес-Хуанес, профессор Йоханнес Финк и международные соавторы.

Для квантовых компьютеров и квантовых сетей важно уметь создавать запутанность между удалёнными кубитами. Обычно для этого либо передают между кубитами одиночный управляемый фотон, либо заставляют каждый из них испустить фотон, а затем сопоставляют эти фотоны. Второй подход требует повторных измерений и постселекции и не гарантирует успешного результата в каждом случае.

В установке ISTA окружение кубитов само становится источником запутанности: непрерывный поток коррелированных фотонов формирует новое основное состояние системы. Для связи кубитов с источником исследователи использовали микроволновые фотоны. Авторы утверждают, что благодаря этому запутанное состояние остаётся доступным дольше собственного времени жизни кубитов и может использоваться для последующей обработки квантовой информации.

Чтобы проверить состояние системы, команда применила квантовую томографию. Измерения длительностью от 20 до 80 наносекунд позволили восстановить состояние двух кубитов, не сводя проверку к одиночному измерению с результатом 0 или 1.

Разработка пока уступает методам с активным управлением по эффективности: в нынешнем виде она передаёт около 10% доступной запутанности квантовой ванны. Тем не менее авторы считают, что сравнительно простой метод можно масштабировать для синхронизации нескольких удалённых кубитов.