В России разработали новый метод создания квантовой запутанности

Физики из Университета МИСиС разработали технологию, которая может лечь в основу производства коммерческих квантовых компьютеров. Она заключается в формировании связи между многоуровневыми квантовыми битами и обеспечивает устойчивый обмен информацией между ними.

Квантовый компьютер — это устройство, которое хранит и обрабатывает информацию внутри группы квантовых систем. Эти системы, как правило, двухуровневые и называются  «квантовый бит» или «кубит».

Но кроме кубитов есть также более сложные единицы квантовой памяти — кутриты и кукварты. Они состоят из трех и четырех уровней соответственно. Использование таких единиц хранения и обработки информации позволит делать более эффективные и компактные квантовые процессоры. Но есть ряд сложностей в том, чтобы создавать устойчивую связь между этими многоуровневыми единицами.

Группа ученых попыталась решить эту проблему и разработала новый метод, позволяющий формировать связи (квантовую запутанность) между произвольными трехуровневыми кубитами.

Метод основан на подходе, который ранее предложили исследователи из США для создания так называемых кристаллов времени — структуры из 20 кубитов, состояниями которых они управляли с помощью микроволнового излучения.

Кубиты при таком подходе расположены друг к другу «спиной» и постоянно взаимодействуют, а внешнее воздействие обеспечивает продолжительность этого процесса. При этом силу взаимодействия можно настраивать вручную.

Российские ученые показали в своей работе, что аналогичные цепочки взаимодействий между квантовыми объектами можно использовать для создания запутанности между парами произвольных кутритов, которые удалены друг от друга на большое расстояние.

«Мы разработали протокол, позволяющий связывать отдельные кутриты в одномерных цепочках из подобных объектов. Мы ожидаем, что его работу можно будет проверить при помощи уже существующих аналоговых квантовых компьютеров, построенных на базе, например, нейтральных атомов или ионов», — поясняет Алексей Федоров, руководитель исследования.

Авторы исследования полагают, что их технологию можно будет использовать для создания коммерческих квантовых компьютеров на базе многоуровневых кубитов.