Учёные добились истинной 13-кубитной запутанности, не разрушая при этом фотоны
Китайские учёные впервые объединили 13 фотонных кубитов в единую квантовую систему, не разрушая фотоны при соединении. Вместо того чтобы создавать сложную структуру целиком, физики научились связывать небольшие группы частиц, заранее выбирая нужные пары. Такой подход может упростить разработку квантовых компьютеров.
Исследование провели специалисты Университета Цинхуа и Национальной лаборатории Хэфэя. Одна из главных трудностей квантовых вычислений связана с объединением кубитов. Привычные оптические методы не гарантируют успешного соединения, поэтому учёным часто приходится повторять попытки, тратя время и ресурсы.
Китайские физики предложили другой способ. Исследователи использовали сверхпроводящую схему, которая позволяет измерять квантовое состояние микроволновых фотонов, не уничтожая сами частицы. Обычно при измерении фотон поглощается детектором и исчезает. Новая технология сохраняет фотоны и одновременно помогает установить между ними квантовую связь.
Установка сначала создаёт небольшие группы запутанных фотонов. Каждый кубит кодируется определённым временным интервалом, а специальный детектор соединяет выбранные пары через так называемое состояние Белла. В результате отдельные группы превращаются в общую квантовую сеть. Подобные структуры называют графовыми состояниями, где кубиты представляют собой узлы, а связи между ними образуют сеть.
Главное преимущество метода заключается в возможности управлять соединениями. Меняя частоты фотонов, учёные выбирают, какие кубиты нужно связать, и задают структуру будущей сети. Причём операция слияния работает детерминированно, то есть не зависит от случайного успешного совпадения, как во многих традиционных оптических схемах.
Для последовательного создания квантовых состояний исследователи научились быстро возвращать сверхпроводящие кубиты в исходное состояние и использовать повторно. Дополнительные методы снижения ошибок помогли сохранить квантовые свойства фотонов. Без такой защиты взаимодействие с окружающей средой постепенно разрушает связи между частицами. Физики называют такой процесс декогеренцией.
Эксперимент подтвердил настоящую многочастичную запутанность всех 13 фотонных кубитов. Учёные получили не просто набор отдельных связанных пар, а общую систему, которую нельзя разделить на независимые группы. Результаты эксперимента опубликованы 30 сентября 2026 года в журнале Nature Physics.
Разработка может помочь в создании квантовых компьютеров, квантовых сетей и систем исправления ошибок. Однако до практического применения ещё далеко. Исследователям предстоит повысить точность операций, улучшить генерацию и обнаружение фотонов, а также научиться объединять несколько подобных установок в более крупные системы.