Физики запутали атомы в квантовой сети на рекордные 10 секунд

Физики из Оксфордского университета запутали атомы в квантовой сети на рекордные 10 секунд. Результаты эксперимента, ставшего прорывом на пути к распределенным квантовым вычислениям, опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Если соединить отдельные квантовые компьютеры запутанностью, они смогут работать сообща как одна мощная машина. Для этого сеть должна уметь создавать запутанность между удаленными устройствами, сочетать ее с другими квантовыми операциями и сохранять достаточно долго.

В эксперименте в Оксфорде соединили оптоволокном два модуля — «Алису» и «Боба», — находившиеся в двух метрах друг от друга. В каждом из них разместили по одному атому стронция (для связи) и кальция («память»), которые связали светом. Возбудили лазером Sr⁺, и, наблюдая интерференцию их фотонов на центральной станции в середине кабеля, убедились, что они запутаны. С помощью локальных операций перенесли эту запутанность на Ca⁺, создав таким образом общие квантовые состояния с участием до четырех атомов в двух точках.

«Разные типы атомов дают разные преимущества и недостатки для квантовых приложений. Когда в квантовом компьютере больше одного типа, можно взять лучшее от каждого. В этой работе мы впервые показываем, что можем управлять запутанностью между атомами разных типов, даже когда они разделены сетью», — пояснил ведущий автор Дугал Мейн.

Кальций был выбран как более устойчивый, в отличие от стронция, элемент — у него есть пара квантовых состояний, менее чувствительных к шуму магнитного поля. Измерения показали, что Ca⁺ сохраняли запутанность 10 секунд, а теоретически могли до 14 (10 секунд были последней контрольной точкой).

«Это может помочь сделать будущие квантовые сети пригодными для задач, где нескольким удаленным атомам нужно разделять и сохранять одно и то же квантовое состояние. Речь может идти о квантовых вычислениях, о более чувствительных измерениях на удаленных площадках и о сравнении разных типов атомных часов», — заключил физик Габриэль Аранеда, соавтор исследования.