Создан первый вариант универсальной квантовой шины данных - «Наука и технологии»

За последние несколько лет в области квантовых вычислений были достигнуты значительные успехи. Ученые создали множество вариантов реализации различных типов квантовых битов, кубитов, квантовые логические элементы, выполняющие элементарные функции обработки квантовой информации, и множество других вещей. Но для того, чтобы иметь возможность превратить все это в полнофункциональный квантовый компьютер, требуется еще одна вещь - средство коммуникаций, позволяющее обмениваться квантовой информацией между несколькими точками. Такие средства, называемые шинами данных, являются неотъемлемой частью архитектуры любого микропроцессора, они позволяют в произвольном порядке передавать информацию между десятками и даже сотнями отдельных функциональных узлов процессора. И теперь, благодаря усилиям международной группы исследователей, на белом свете появился первый аналог универсальной шины данных, позволяющей производить произвольный обмен квантовой информацией.

Передача квантовой информации из одной точки в другую необходима для реализации технологий квантовых вычислений любых видов, без этого квантовые процессоры не смогут получать исходную информацию, передавать данные своих вычислений и хранить промежуточные результаты в памяти. Однако, для передачи квантовой информации требуются совершенно иные методы, нежели для передачи информации, которая закодирована в виде последовательности электрических сигналов. Одним из перспективных видов квантовых коммуникаций считается использование запутанных на квантовом уровне кубитов на основе фотонов света, но такие технологии пока еще находятся на этапе экспериментальных исследований и об их практическом применении говорить сейчас еще очень рано. Поэтому для создания универсальной квантовой шины данных ученым пришлось использовать другую технологию, так называемую технологию идеальной передачи квантового состояния (perfect state transfer).

Данная технология существовала в течение нескольких лет лишь в теории, данный случай является первым разом ее практической реализации и экспериментального доказательства ее работоспособности. В этой технологии используются кубиты на основе фотонов света, которые переносят содержащуюся в них квантовую информацию к необходимой точке. Собственно шина данных представляет собой решетку параллельных волноводов, в данном случае состоящую из 11 волноводов. Волноводы изготовлены в виде тонких полых трубок, а соединены они между собой "решеткой" лучей горизонтально и вертикально поляризованного лазерного света. Управляя этой решеткой соответствующим образом можно добиться эффекта передачи квантового состояния, родственного эффекту квантового туннелирования электронов. За счет этого эффекта фотон-кубит попадает в соответствующий волновод, конец которого соединен с кубитом, который и является получателем квантовой информации.

Проводя эксперименты с созданным экспериментальным образцом квантовой шины данных, ученые добились точности передачи квантовой информации при помощи фотонов-кубитов на уровне 97.1 процента, что достаточно неплохо для первого раза. А в своей дальнейшей работе ученые из университета RMIT, Политехнического университета Милана и китайского Южного научно-технического университета будут разрабатывать более простую, надежную и технологичную квантовую коммуникационную систему, которая удовлетворит все растущие потребности области квантовых вычислений.