Физики достигли первой квантовой телепортации между компьютерными чипами

2019 год подходит к концу, путь к полностью реализованным квантовым вычислениям продолжается: физики впервые смогли продемонстрировать квантовую телепортацию между двумя компьютерными чипами.

Проще говоря, этот прорыв означает, что информация передавалась между микросхемами не физическими электронными связями, а посредством квантовой запутанности — путем соединения двух частиц через промежуток с использованием принципов квантовой физики.

Мы еще не все понимаем о квантовой запутанности (это то же самое явление, которое Альберт Эйнштейн называл «пугающим действием»), но возможность использовать его для передачи информации между компьютерными чипами имеет большое значение, даже если до сих пор мы ограничены строго контролируемой лабораторной средой.

«Мы смогли продемонстрировать высококачественную связь запутывания между двумя микросхемами в лаборатории, где фотоны на каждой микросхеме разделяют одно квантовое состояние», — объясняет квантовый физик Дэн Ллевеллин из Бристольского университета в Великобритании.

«Затем каждый чип был полностью запрограммирован для проведения ряда демонстраций с использованием запутывания».

Гипотетически, квантовая запутанность может работать на любом расстоянии. Две частицы неразрывно связаны друг с другом, что означает, что взгляд на одну говорит нам о другой, где бы она ни находилась (в данном случае на отдельной компьютерной микросхеме).

Чтобы достичь их результата, команда создала пары запутанных фотонов, кодирующих квантовую информацию таким образом, чтобы обеспечить низкий уровень помех и высокий уровень точности. До четырех кубитов — квантовый эквивалент классических вычислительных битов — были связаны вместе.

«Флагманская демонстрация была экспериментом по телепортации с двумя микросхемами, при котором индивидуальное квантовое состояние частицы передается через две микросхемы после квантового измерения», — говорит Ллевеллин.

«В этом измерении используется странное поведение квантовой физики, которое одновременно разрушает запутанную связь и передает состояние частицы другой частице, уже находящейся в чипе приемника».

Затем исследователи смогли провести эксперименты, в которых точность воспроизведения достигла 91 процента, то есть, почти вся информация была точно передана и зарегистрирована.

Ученые все больше и больше узнают о том, как работает квантовое запутывание, но сейчас это очень трудно контролировать. Это не то, что вы можете установить внутри ноутбука: вам нужно много громоздкого, дорогого научного оборудования, чтобы оно заработало.

Но надежда состоит в том, что достижения в лаборатории, такие как это, могут однажды привести к достижениям в области вычислительной техники, которыми каждый может воспользоваться — сверхмощная вычислительная мощность и интернет следующего уровня.

Низкая потеря данных и высокая стабильность телепортации, а также высокий уровень контроля, который ученые смогли преодолеть в своих экспериментах, являются многообещающими признаками с точки зрения последующих исследований.

Это также полезное исследование, посвященное попыткам заставить квантовую физику работать с технологией кремниевых чипов (Si-chip), используемой в современных компьютерах, и методами комплементарных металл-оксид-полупроводников (CMOS), используемыми для изготовления этих чипов.

«В будущем интеграция квантовых фотонных устройств и классического электронного управления с использованием одного чипа Si откроет двери для полностью основанных на чипах CMOS-совместимых сетей квантовой связи и обработки информации», — говорит квантовый физик Цзяньвэй Ван из Пекинского университета в Китае.

Исследование было опубликовано в журнале «Физика природы».