ТехволнаКвантовая запутанность прожила 10 секунд: физики разделили обязанности между атомами
В эксперименте физикам удалось сохранить квантовую запутанность между двумя удалёнными атомами примерно на десять секунд. Для мира квантовых сетей это огромный срок: состояние прожило более чем в сто раз дольше, чем занял процесс его создания. Ключом к успеху стало разделение труда между двумя разными химическими элементами.
В каждом из двух узлов сети исследователи поместили по одному иону стронция-88 и кальция-43. Стронций использовался для установления связи между узлами, а кальций выполнял роль квантовой памяти. Сначала учёные заставляли ионы стронция испускать фотоны и направляли этот свет по оптоволокну.
Когда фотоны взаимодействовали, возникала запутанность между двумя удалёнными ионами стронция. Так формировался квантовый канал связи. Затем с помощью логических операций полученное квантовое состояние переносили на соседний ион кальция в том же узле.
Это позволяло перевести хрупкую информацию в более надёжное хранилище, не теряя установленной между узлами связи. Выбор кальция-43 не случаен. Его определённые квантовые состояния гораздо слабее реагируют на магнитный шум окружающей среды, который постепенно разрушает запутанность.
Стронций, напротив, удобен для взаимодействия со светом, но плохо подходит для длительного хранения. После переноса состояния на кальций удалённая запутанность сохранялась около десяти секунд. Для сравнения, сетевые кубиты на одном лишь стронции удерживают её значительно меньше.
Десять секунд — скромная цифра для обычной электроники, но для квантовых систем это прорыв. Такой запас времени критически важен для будущих распределённых квантовых компьютеров. Узлам сети нужно успевать выполнять локальные вычисления, создавать новые соединения и обмениваться квантовыми данными, пока уже подготовленное состояние не разрушилось.
Чем дольше живёт память, тем больше операций можно провести. В ходе работы исследователи не ограничились парой кубитов. Им удалось получить запутанные состояния из двух, трёх и даже четырёх кубитов, распределённых между отдельными узлами.
Это демонстрирует возможность масштабирования системы. Эксперимент также подтвердил, что квантовую сеть можно строить из разнородных компонентов. Одни атомы лучше подходят для передачи квантовых состояний на расстояние, другие — для их хранения и обработки.
Такой подход может упростить создание распределённых квантовых компьютеров, сетей сверхточных датчиков и систем синхронизации удалённых атомных часов. Важно понимать, что речь не идёт о десяти секундах запутанности «без распада». Квантовое состояние постепенно теряет качество под действием шума.
Исследователи измеряли, как долго его ещё можно надёжно зафиксировать и использовать. Главный итог работы — не просто рекордное время, а демонстрация того, что квантовую связь между разными узлами можно перенести в более устойчивую память и сохранить на срок, многократно превышающий время её создания. Это открывает путь к практическим квантовым сетям.
