Связанные полости увеличивают длительность перепутывания в 1000 раз

Перепутанные кубиты составляют основу конструкции квантовых компьютеров, поэтому низкая стабильность перепутанных состояний является наиболее серьезным препятствием на пути реализации практичной квантовой информатики.

В новой работе, представленной в свежем онлайновом выпуске Scientific Reports, группа китайских, итальянских, бразильских и британских ученых нашла способ, как удлинить время жизни квантового перепутывания почти до 10 миллисекунд, то есть примерно в тысячу раз по сравнению со спонтанным периодом распада. Стабильности, исчисляемой в миллисекундах, вполне достаточно для реализации ряда квантовых алгоритмов и протоколов, между тем разработчики надеются в будущем добиться еще более значительного ее улучшения.

Предложенная ими система довольно проста, она состоит из кубита, помещенного в полость, которая связана с еще одной, но уже пустой полостью. Такая система демонстрирует квантовую когерентность — одновременное сосуществование многих состояний в одном кубите, но не перепутывание, требующее корелляции между несколькими кубитами. Ученые смогли показать, что квантовую когерентность однокубитной системы можно сохранить, настраивая силу связи между двумя полостями.

Затем они расширили систему, добавив еще один кубит в полости, тоже связанной с пустой полостью. Теперь, настроив силу связей между двумя парами полостей, физики могли поддерживать стабильность квантового ресурса — в данном случае, перепутывания.

Теоретически, такое перепутывание можно поддерживать бесконечно долго если полости без кубитов являются идеальными (то есть не допускают утечки фотонов и поэтому имеют бесконечную добротность). Таким образом, продолжающийся прогресс в области схем квантовой электродинамики и достижение более высоких значений добротности может вести к дальнейшему увеличению стабильности перепутывания. Новый метод перспективен еще и тем, что допускает использование более двух невзаимодействующих (т.е. индивидуально адресуемых) кубитов, что позволит реализовать более сложные информационные и вычислительные квантовые протоколы.