W rozwoju, który albo zrewolucjonizuje obliczenia kwantowe, albo da fizykom nową wymówkę, by unikać robienia czegokolwiek ręcznie, naukowcy z Institute of Science and Technology Austria (ISTA) zademonstrowali metodę splątania kubitów za pomocą „kąpieli kwantowej” – bez aktywnej kontroli, bez powtarzanych pomiarów, tylko strumień skorelowanych fotonów wykonujący całą ciężką pracę. Opublikowany w Physical Review X eksperyment w końcu potwierdza przewidywanie sprzed ponad 20 lat, po raz pierwszy pozwalając, by stany splątane złożyły się same.

Splątanie, kwantowe zjawisko, które pozwala cząstkom dzielić korelacje przeczące klasycznej logice, jest kluczowe dla budowy większych komputerów kwantowych i sieci. Wcześniej naukowcy musieli albo wysyłać pojedynczy, aktywnie kontrolowany foton między kubitami, albo dopasowywać fotony z każdego kubitu – metoda, która przyniosła Nagrodę Nobla z fizyki w 2022 roku, ale wciąż opiera się na post-selekcji i nie zawsze działa.

Wkraczają Alejandro Andrés-Juanes i Johannes Fink z ISTA, którzy wraz z międzynarodowymi współpracownikami postanowili pozwolić środowisku wykonać pracę. Ich „kąpiel kwantowa” – wspólne źródło skorelowanych cząstek światła – automatycznie synchronizuje odległe kubity, stabilizując splątanie nawet poza czasem życia samych kubitów. „W naszej metodzie kąpiel kwantowa jest źródłem splątania” – mówi Fink. „Tworzy nowy stan podstawowy poprzez ciągły strumień skorelowanych fotonów”. Rezultat: stany splątane pozostają dostępne do przetwarzania kwantowego, gdy tylko są potrzebne, zamiast ulotnych chwil.

Zespół użył fotonów mikrofalowych do sprzężenia kubitów ze źródłem fotonów, wykorzystując ich niską energię i istniejącą technologię kubitów nadprzewodzących. Aby potwierdzić, że kubity są rzeczywiście zsynchronizowane, zastosowali tomografię kwantową, wykonując pomiary trwające zaledwie 20–80 nanosekund (nanosekunda to jedna miliardowa sekundy), aby zrekonstruować stany kwantowe.

Ten prototyp koncepcyjny to „stosunkowo prosta metoda, którą można skalować do synchronizacji wielu odległych kubitów” – mówi Andrés-Juanes. Ale nie jest jeszcze wydajny – obecnie przenosi tylko około 10% dostępnego splątania z kąpieli. Naukowcy podejrzewają, że 20-letnia luka między teorią a eksperymentem wynika z tego, że pierwotne wyidealizowane warunki były zbyt doskonałe jak na rzeczywiste laboratoria. Mimo to prototyp oferuje nowe możliwości dla eksperymentów z optyką kwantową i może pomóc w przesunięciu procesorów kwantowych w kierunku działania odpornego na błędy. Bo szczerze, kto nie chciałby splątania na autopilocie?