Cercetătorii au creat un dispozitiv care permite procesoarelor cuantice să comunice direct între ele – un pas important în dezvoltarea computerelor cuantice practice. Ar putea însemna atât o comunicare mai rapidă între procesoare, cât și mai puțin predispusă la erori anunță news.mit.edu.
Arhitectura cuantică existentă oferă doar o comunicare limitată între unitățile de procesare cuantică (QPU) separate. O astfel de comunicare este „punct la punct”, ceea ce înseamnă că informațiile trebuie transferate într-un lanț peste mai multe noduri înainte de a ajunge la destinație. Acest lucru crește posibilitatea de a expune informațiile cuantice la fluctuații neregulate și face mai probabilă apariția erorilor.
Cu toate acestea, noul dispozitiv dezvoltat de oamenii de știință MIT permite comunicarea „all-to-all” (fiecare-cu-fiecare), astfel încât toate procesoarele dintr-o singură rețea să poată comunica direct cu orice alt procesor. Cercetătorii și-au subliniat abordarea „întâlnirii la distanță” într-un nou studiu publicat pe 21 martie în revista Nature Physics.
Inseparabilitatea cuantică la distanță este o stare în care două particule împărtășesc aceeași stare, iar modificările uneia o afectează automat pe cealaltă. Distanța dintre cele două poate fi mare, fără o limită cunoscută în prezent.
În timpul testării, cercetătorii au conectat două procesoare cuantice prin intermediul unor module, fiecare cuprinzând patru qubiți. Unii dintre qubiții din fiecare modul au fost însărcinați cu trimiterea de fotoni, particule de lumină care pot fi folosite pentru a transmite date cuantice, în timp ce alții au fost alocați pentru stocarea datelor.
Modulele au fost legate împreună cu un fir supraconductor, modulele servind drept interfață între procesoarele cuantice mai mari și acest fir supraconductor. Oamenii de știință au spus că orice număr de procesoare ar putea fi conectate în acest fel, creând o rețea foarte scalabilă.
Cercetătorii au folosit apoi impulsuri de microunde pentru a declanșa un qubit individual să emită fotoni în orice direcție de-a lungul firului de comunicație.
„Lansarea și captarea fotonilor ne permit să creăm o „interconexiune cuantică” între procesoarele cuantice non-locale, iar odată cu interconexiunile cuantice se produce inseparabilitatea (entanglement) de la distanță”, a declarat unuia dintre autorii studiului William D. Oliver, director asociat al Laboratorului de Cercetare în Electronică de la MIT, într-o declarație.
Distorsiunea fotonică
Inseparabilitatea este o stare în care două particule devin conectate și împărtășesc informații, chiar și la distanțe mari. O schimbare a unei particule „cuplate” va afecta imediat partenerul ei. Este un fenomen critic pentru calculul cuantic, deoarece permite corelarea qubiților și acționarea ca un singur sistem. Acest lucru, la rândul său, ne permite să creăm algoritmi imposibili pentru computerele clasice.
Cu toate acestea, doar mutarea fotonilor înainte și înapoi între module nu creează automat inseparabilitatea. Pentru a realiza acest lucru, echipa a trebuit să pregătească special atât qubiții, cât și fotonul, astfel încât, după ce au fost transferate, modulele să împărtășească un singur foton.
Pentru a forța cele două module să împartă același foton, au trebuit să întrerupă impulsurile de emisie de fotoni la jumătatea drumului. Acest lucru a însemnat în esență că jumătate din foton a fost absorbit la capătul receptor, în timp ce jumătate a fost reținut de modulul emițător.
Problema cu această metodă este că fotonul devine distorsionat în timpul călătoriei prin firul de comunicație, ceea ce poate afecta absorbția și poate întrerupe încurcarea. Pentru a depăși acest defect al arhitecturii, echipa a trebuit să distorsioneze fotonii pentru a încuraja absorbția maximă. Prin distorsionarea fotonilor înainte de transmitere, aceștia au reușit să ridice nivelurile de absorbție la 60%, suficient pentru a asigura „cuplarea” lor.
Lucrarea este aplicabilă pe scară largă aplicațiilor practice de calcul cuantic, potrivit autorului principal al studiului Aziza Almanakly, un student absolvent de inginerie electrică și informatică.
„În principiu, protocolul nostru de generare a încrucișării la distanță poate fi extins și la alte tipuri de computere cuantice și sisteme de internet cuantice mai mari”, a spus Almanakly.
