У Китаї досягли контролю над гібридним вузлом квантової мережі

Квантові технології, які працюють на основі квантово-механічних явищ, мають потенціал перевершити свої класичні аналоги у деяких завданнях з оптимізації та обчислень. Особливу увагу привертають квантові мережі — системи, розроблені для передачі інформації між взаємопов'язаними вузлами та її обробки з використанням квантових явищ, таких як заплутаність та суперпозиція.

Нещодавно команда науковців з Університету Цінхуа, Національної лабораторії Хефей та Пекінської академії квантової інформатики досягла значного прориву в цій галузі. Вони успішно продемонстрували можливість узгодженого керування гібридним та масштабованим вузлом квантової мережі. Це досягнення, описане в престижному науковому журналі Nature Physics, стало результатом поєднання різних технічних рішень та методів, розроблених командою протягом попередніх досліджень.

За словами співавтора дослідження Паню Хоу, довгострокова мета команди полягає у створенні масштабованої квантової мережі з використанням кольорових центрів алмазу, зокрема азотно-вакансійних центрів. Хоча команда та інші дослідницькі групи в цій галузі вже розробили різні критично важливі технології, включаючи генерацію спін-фотонної заплутаності, квантове керування гібридними кубітами та квантову корекцію помилок, досі ці компоненти не були інтегровані в єдину квантову систему.

Спираючись на свої попередні дослідження, науковці успішно продемонстрували узгоджене керування трьома різними типами кубітів, кожен з яких робить свій внесок у загальну роботу їхньої квантової мережі. Крім того, дослідники впровадили методи виправлення бітових помилок у своїй мережі та змогли виявляти помилки логічних кубітів, заплутаних з окремими фотонами.

Успішне впровадження цих технік має ключове значення, оскільки придушення помилок є центральним аспектом надійної роботи всіх квантових технологій. Розроблені методи потенційно можуть бути застосовані до більших квантових мереж, що сприятиме їх майбутньому впровадженню в реальних умовах.

Паню Хоу зазначає, що протягом останніх десяти років їхня команда поступово розробляла різні інструменти для досягнення цієї мети. Вони досягли можливості індивідуального контролю над електронними спінами, ядерними спінами та окремими фотонами, пов'язаними з азотно-вакансійним центром. Також вдалося окремо заплутати електронні спіни з навколишніми ядерними спінами та окремими фотонами. Нещодавні підходи об'єднують ці розроблені техніки та демонструють здатність керувати ними всіма з відносно високою точністю.

Останні дослідницькі зусилля команди представляють додатковий крок на шляху до реалізації масштабованих квантових мереж, які надійно працюють з мінімальною кількістю помилок. Такі мережі могли б сприяти прогресу в численних галузях. Наприклад, вони могли б допомогти прискорити комунікації, покращити чутливість датчиків та підтримати складні обчислення, які неможливо виконати за допомогою класичних обчислювальних систем.

Дослідження було проведено під керівництвом Сю-Їн Чанг та опубліковано в журналі Nature Physics. На майбутнє команда планує включити більше кубітів для виправлення як бітових, так і фазових помилок, а також покращити продуктивність системи, зокрема точність виявлення. Після досягнення задовільної продуктивності одного вузла, науковці планують створити ще одну або дві системи та побудувати маломасштабну квантову мережу.

Це дослідження відкриває нові перспективи у розвитку квантових технологій та наближає нас до створення надійних квантових мереж, які можуть революціонізувати сферу комунікацій та обчислень. Успішна демонстрація контролю над гібридним вузлом квантової мережі є важливим кроком у розвитку квантових технологій та їх практичного застосування.