Ученые из Соединенных Штатов совершили прорыв, который может помочь квантовым компьютерам соединяться друг с другом на расстоянии более 2000 километров. Сверхбыстрые квантовые компьютеры сложно связать между собой на больших дистанциях. Ранее максимальное расстояние, на котором два квантовых компьютера могли соединиться через оптоволоконный кабель, составляло несколько километров. Однако новый метод теоретически позволяет увеличить этот максимум до 2000 километров. Это открывает путь к созданию квантового интернета глобального масштаба. Как заявил Тянь Чжун из Инженерной школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета, впервые технология для построения квантового интернета мирового масштаба стала достижимой.
Связывание квантовых компьютеров для создания мощных высокоскоростных квантовых сетей заключается в запутывании атомов через оптоволоконный кабель. Чем дольше эти запутанные атомы сохраняют квантовую когерентность, тем на большее расстояние могут соединиться такие квантовые компьютеры. Ранее даже при наличии проложенного оптоволоконного кабеля квантовые компьютеры, расположенные, например, в кампусе на Саут-Сайде Чикагского университета и в небоскребе Уиллис-Тауэр в центре Чикаго, были бы слишком удалены друг от друга, чтобы общаться между собой.
С подходом команды Чжона тот же квантовый компьютер Чикагского университета, который раньше не мог «дотянуться» до Уиллис-Тауэра, теперь мог бы соединиться и общаться с квантовым компьютером за пределами Солт-Лейк-Сити, штат Юта. Исследователям удалось увеличить время квантовой когерентности отдельных атомов эрбия с 0,1 миллисекунды до более чем 10 миллисекунд. В одном из случаев они продемонстрировали задержку до 24 миллисекунд, что теоретически позволило бы квантовым компьютерам соединяться на ошеломляющем расстоянии в 4000 километров, что равно дистанции от Чикагского университета до города Оканья в Колумбии.
Инновация заключалась не в использовании новых или других материалов, а в ином способе создания тех же материалов. Команда создала необходимые для квантовой запутанности кристаллы, легированные редкоземельными ионами, с помощью техники молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), а не традиционного метода Чохральского. Как пояснил Тянь Чжун, традиционный способ создания этого материала похож на использование плавильного тигля, когда все ингредиенты в нужной пропорции помещаются в емкость, расплавляются при температуре выше 2000 градусов Цельсия и медленно охлаждаются для формирования кристаллического материала.
В исследовании, опубликованном в журнале , сообщается, что ученые реализовали однократное считывание и когерентное микроволновое управление кубитами на основе эрбия в оптоволоконном модуле, что обеспечивает быстрое развертывание и масштабируемость. Эти достижения подчеркивают значительный потенциал высококачественных редкоземельных кубитов и квантовых памятей, собранных с использованием метода «снизу вверх», прокладывая путь к масштабируемому развитию интерфейсов взаимодействия квантового света и вещества, предназначенных для телекоммуникационных квантовых сетей. Как отметили исследователи, используя высокую кристалличность матрицы, контролируемую близость примесей к поверхностям и эксплуатируя симметрию кристаллической решетки, им удалось одновременно достичь узкой оптической линии шириной на уровне килогерц в сильно симметрично-защищенной позиции и времени когерентности спиновых кубитов эрбия, превышающего 10 миллисекунд.