Исследователи из Fermilab и Caltech продемонстрировали жизнеспособность метода использования сжатого света для значительного увеличения скорости генерации запутанных пар частиц на большие расстояния. Об этом сообщает news.fnal.gov.Этот прорыв решает критическую проблему в создании крупномасштабных квантовых сетей.
Представьте себе будущее, где сети запутанных фотонов, используя уникальные свойства квантовой физики, позволят создавать вычислительные технологии, превосходящие все известные нам сегодня.
Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории Ферми Министерства энергетики США и Калифорнийского технологического института используют особый вид света, называемый ‘сжатым светом’, который, по их мнению, может преодолеть ключевые вызовы в создании масштабируемых квантовых сетей.
Это передовое исследование представляет собой важный шаг на пути к созданию квантовой сети, которая может трансформировать научные исследования, связывая мощные квантовые компьютеры.
Эти сети основываются на запутанных кубитах — парах квантовых битов, которые обмениваются информацией на расстоянии. В квантовой физике запутывание происходит, когда два или более частиц связываются таким образом, что изменение одной влияет на другую, даже если они находятся далеко друг от друга.
Исследователи работают над генерацией и распределением запутанных кубитов на большие расстояния для создания более крупных квантовых сетей. Однако квантовые сети по оптоволоконным кабелям сталкиваются с проблемами, такими как потеря сигнала, декогеренция памяти и задержки, присущие современным технологиям связи.
Новое исследование, возглавляемое Fermilab, показывает потенциал протокола квантовой сети, который может преодолеть эти вызовы с помощью сжатого света — особого состояния света с пониженным шумом и повышенной чувствительностью для улавливания слабых сигналов. Это исследование является первым шагом к увеличению скорости генерации запутанности, что является ключевым требованием для крупномасштабных квантовых сетей.
Для кодирования кубитов с квантовой информацией ученые используют различные методы. Один из подходов использует фотоны — пакеты световой энергии, которые имеют как волновые, так и частичные свойства — которые ученые готовят особыми способами для манипуляции и контроля кубитов.
Новый метод, описанный в исследовании, использует два типа оптического кодирования. Сочетание этих методов помогает преодолеть слабости каждого и значительно увеличивает скорость генерации запутанных пар на большие расстояния.
Для передачи запутанности от одной пары кубитов к другой ученые используют процесс, называемый обменом запутанностью. В отличие от традиционных методов, которые производят только одну запутанную пару за обмен, сжатый свет позволяет запутывать множество кубитов.
‘Чем больше запутанных пар на световой сигнал, тем выше эффективность распределения запутанности’, — сказал Александру Макридин, ученый из Fermilab, возглавлявший это исследование. ‘Но поскольку запутанные кубиты быстро распадаются, скорость генерации запутанности очень важна при создании таких сетей. Чем больше мы создаем, тем лучше’.
Используя новую технику, ученые генерируют запутанные пары, готовя свет в двух удаленных местах. Оба источника света отправляются на центральный участок, равноудаленный от них, и проходят через светоделитель, который разделяет их на два световых луча, один передаваемый и один отраженный. Световые лучи возвращаются в центральное место, где они снова объединяются и измеряются. Законы квантовой механики диктуют, что измерение уничтожает свет, но оставляет множество пар дальнобойных запутанных кубитов.
Эффективность метода зависит от силы сжатия, но современные технологии ограничивают, насколько можно сжать.
‘Я рассчитал, что для создания одной дополнительной запутанной пары требуется три децибела сжатия’, — пояснил Макридин.