Физики впервые на практике реализовали метод создания квантовой запутанности между двумя удалёнными кубитами, предложенный теоретически ещё в 2004 году. Этот подход не является очередным доказательством фундаментальных основ квантовой механики, а представляет собой принципиально новый способ организации связи: два кубита оказались запутанными через общий поток специально подготовленного микроволнового излучения, при этом напрямую друг с другом они не взаимодействовали.
Квантовая запутанность, связывающая коррелированные квантовые состояния пары кубитов, является фундаментом для развития квантовых вычислений. Альберт Эйнштейн называл это явление «чертовщиной», поскольку изменение состояния одного кубита на Земле мгновенно отражается на характеристиках его удаленного партнера, даже если тот находится на другом конце Вселенной.
Традиционно ученые используют два основных метода запутывания: передачу строго контролируемого фотона от одного кубита к другому либо отправку фотонов от каждого из них на общий смеситель с обязательной фиксацией результата. Оба способа отличаются высокой сложностью, требуют постоянной обратной связи, проведения измерений и прецизионной коррекции параметров излучения. Новый же подход напоминает погружение кубитов в «квантовую ванну», где состояние запутанности возникает автоматически, без необходимости в сложных промежуточных механизмах.
В ходе эксперимента исследователи применили два сверхпроводящих кубита на джозефсоновских переходах. Каждый из них получал часть пары взаимосвязанных микроволновых сигналов, генерируемых джозефсоновским параметрическим преобразователем. Благодаря изначально заложенной связи между потоками излучения, квантовая запутанность транслировалась непосредственно на кубиты. Система работала автономно: экспериментаторам не требовалось проводить регулярные измерения, отсеивать неудачные попытки или корректировать состояние компонентов с помощью обратной связи.
Процесс формирования запутанного состояния занимал около 300 наносекунд и поддерживался стабильным в течение 10 микросекунд при непрерывной подаче микроволнового излучения. Это доказывает, что внешний поток способен не просто разово инициировать связь, но и поддерживать её, что значительно упрощает эксплуатацию квантовых систем. На данный момент ученым удалось передать около одной десятой квантовой связи из исходного излучения — потери возникли из-за особенностей кабелей и компонентов установки. Технологию необходимо доработать, прежде чем она сможет стать полноценной альтернативой традиционным методам.
В перспективе этот метод может стать ключом к созданию масштабируемых распределённых квантовых компьютеров. Вместо проектирования единого массивного процессора разработчики смогут объединять несколько независимых квантовых модулей при помощи потоков запутанных фотонов. Для реализации такой схемы потребуется минимизировать потери сигнала, усовершенствовать генераторы микроволнового излучения и освоить эффективное преобразование микроволновых фотонов в оптические, которые подходят для передачи на большие дистанции.
