Ученые из Университета Британской Колумбии (UBC) представили модель устройства, способного решить одну из ключевых проблем в квантовых сетях: преобразовывать сигналы между микроволновым и оптическим форматами с высокой эффективностью. Эта технология может стать «универсальным переводчиком» для квантовых компьютеров, позволяя им обмениваться данными на больших расстояниях без потери информации.
Ключевая инновация — чип на основе кремния (того же материала, что и в обычных процессорах), который конвертирует до 95% сигнала с минимальными помехами. Как объясняет ведущий автор исследования Мохаммад Халифа, устройство работает как идеальный переводчик: «Он правильно передает почти каждое слово, сохраняет сообщение нетронутым и не добавляет фоновой «болтовни».
Почему это важно
Квантовые компьютеры обрабатывают данные с помощью микроволн, но передавать их на расстояние можно только через оптоволокно в виде световых импульсов. Проблема в хрупкости квантовых состояний: малейшая ошибка при конвертации разрушает квантовую запутанность — уникальное явление, когда частицы остаются будто бы взаимосвязанными независимо от расстояния, которое их разделяет. Именно квантовая запутанность — одно из свойств, определяющих «мощность» квантовых вычислений.
Решение UBC использует искусственные магнитные дефекты в кремнии. При подаче слабого сигнала (миллионные доли ватта) электроны в этих дефектах начинают преобразовывать микроволны в свет и обратно. Новое устройство совместимо со сверхпроводящими компонентами, а его дизайн адаптирован под современные технологии производства чипов.
Хотя разработка пока теоретическая, она открывает путь и к практическим применениям. Как отмечает руководитель исследования Джозеф Салфи, такие конвертеры можно будет встраивать в существующую телекоммуникационную инфраструктуру. В перспективе это приведет к созданию «квантового интернета».
Российские разработки
Наука Mail попросила профессора Сергея Кулика, научного руководителя Центра квантовых технологий физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, пояснить, зачем нужны подобные «квантовые переводчики» с микроволнового на оптический «языки».
Не все квантовые компьютеры говорят на «микроволновом языке»; бóльшая их часть «понимает» и «фотонный язык». Уже сейчас разрабатываются так называемые квантовые интерфейсы, которые как раз и могут служить «переводчиками» с одного языка на другой. Просто это отдельная и непростая задача. Впрочем, я не знаю простых задач в квантовых технологиях.
Разработка квантовых интерфейсов и квантовой памяти — сложная технологическая задача, которой ученые занимаются достаточно давно, добавил профессор Кулик. В России имеются сильные группы в НИТУ КАИ и в Казанском научном Центре РАН, работающие над этой проблемой и в теоретическом и в экспериментальном аспектах, отметил эксперт.
Также в России развивается Межуниверситетская квантовая сеть (МУКС). В настоящее время протяженность МУКС составляет около 100 километров.
«И это без учета магистральных линий, которые находятся в зоне ответственности РЖД. В перспективе планируется, что сеть будет масштабирована в восточном и южном направлениях, соответственно, до Сочи и Челябинска. В МУКС используются технологии квантовой связи через оптоволоконные каналы. Сертифицированное оборудование МУКС — это прекрасный полигон для проведения научных исследований и образовательных проектов», — добавил Сергей Кулик.
Ранее Наука Mail рассказывала о создании идеального квантового замка.