Кванты: запутанная история

Работа квантовых вычислительных систем основана на квантовой запутанности. Но до последнего времени управлять этим явлением люди не могли. В том числе поэтому полноценный квантовый компьютер все еще гипотетическое устройство. Но коллектив ученых из Венского и Белградского университетов и Австрийской академии наук создал метод, позволяющий обнаруживать и контролировать квантовую запутанность в системах любого масштаба.

Запутанность — это квантово-механическое явление, при котором состояния двух или более квантовых частиц взаимозависимы. Если одна частица подвергается внешнему воздействию, то мгновенно изменяется и состояние всех связанных с ней частиц, вне зависимости от того, как далеко они находятся друг от друга. Квантовая запутанность — одна из фундаментальных основ квантового компьютера: явление можно использовать для создания сети, в которой информация будет передаваться мгновенно.

О методе контроля запутанности рассказывает один из разработчиков, научный сотрудник Венского университета Валерия Саджио: «Давайте представим сеть из множества квантовых частиц. Наша цель — за короткое время и с минимумом усилий определить, есть ли запутанность в этой сети. Предположим, что нам нужен всего один ответ: да или нет, и больше ничего. Задаем сети ряд «вопросов», то есть проводим набор квантовых измерений. Результаты этих измерений или подтверждают, или опровергают наличие квантовой запутанности. Чем больше получено положительных ответов, тем больше вероятность существования квантовой запутанности в сети. Экспериментально мы проверили нашу идею на системе из запутанных фотонов, точность измерений составила 99,99 %».

Способы контроля другие научные коллективы предлагали и раньше, но все они годились лишь для небольших систем. Чем больше сеть квантовых частиц, тем больше времени и усилий нужно потратить на определение наличия в ней запутанности, используя прежние методы. «Нам необходимо получить не более 20 «ответов», чтобы определить, есть в сети запутанность или нет. Мы даже можем доказать, что в большинстве случаев число «вопросов» не зависит от размера сети квантовых частиц, — говорит Валерия Саджио. — В этом смысле наша разработка намного точнее и совершеннее, чем другие методы».

В исследовании принимали участие шесть ученых. Разработка теории, проведение измерений и их экспериментальное подтверждение заняли 10 месяцев. Исследователи сделали важный шаг к созданию полноценных квантовых компьютеров, утверждает Валерия Саджио. «Для создания такой машины нужно, во первых, научиться генерировать много кубитов, во вторых, уверенно контролировать кубиты и реализовать квантовые протоколы. Наш метод фактически решает вторую задачу», — говорит она.