В событии, которое либо произведет революцию в квантовых вычислениях, либо даст физикам новый повод избегать ручной работы, исследователи из Института науки и технологий Австрии (ISTA) продемонстрировали метод запутывания кубитов с помощью «квантовой ванны» — без активного контроля, без повторных измерений, просто поток коррелированных фотонов, выполняющий всю тяжелую работу. Опубликованный в Physical Review X, эксперимент наконец подтверждает предсказание, сделанное более 20 лет назад, и впервые запутанные состояния собираются сами собой.

Запутанность, квантовое явление, позволяющее частицам разделять корреляции, противоречащие классической логике, имеет решающее значение для создания более крупных квантовых компьютеров и сетей. Ранее ученым приходилось либо отправлять один активно контролируемый фотон между кубитами, либо согласовывать фотоны от каждого кубита — метод, принесший Нобелевскую премию по физике 2022 года, но все еще полагающийся на пост-отбор и не всегда работающий.

В дело вступают Алехандро Андрес-Хуанес и Йоханнес Финк из ISTA, которые вместе с международными коллегами решили позволить окружению делать работу. Их «квантовая ванна» — общий источник коррелированных световых частиц — автоматически синхронизирует удаленные кубиты, стабилизируя запутанность даже за пределами времени жизни самих кубитов. «В нашем методе квантовая ванна является источником запутанности», — говорит Финк. «Она создает новое основное состояние через непрерывный поток коррелированных фотонов». Результат: запутанные состояния, которые остаются доступными для квантовой обработки всякий раз, когда это необходимо, а не мимолетные моменты.

Команда использовала микроволновые фотоны для связи кубитов с источником фотонов, используя их низкую энергию и существующую технологию сверхпроводящих кубитов. Чтобы подтвердить, что кубиты действительно синхронизированы, они применили квантовую томографию, проводя измерения продолжительностью всего 20–80 наносекунд (наносекунда — одна миллиардная секунды) для реконструкции квантовых состояний.

Этот прототип, подтверждающий концепцию, — «относительно простой метод, который можно масштабировать для синхронизации нескольких удаленных кубитов», — говорит Андрес-Хуанес. Но он пока неэффективен — в настоящее время передает только около 10% доступной запутанности ванны. Исследователи подозревают, что 20-летний разрыв между теорией и экспериментом связан с тем, что первоначальные идеализированные условия были слишком совершенными для реальных лабораторий. Тем не менее, прототип открывает новые возможности для экспериментов по квантовой оптике и может помочь продвинуть квантовые процессоры к отказоустойчивой работе. Потому что, честно говоря, кто бы не хотел запутанность на автопилоте?