Квантовые технологии сталкиваются с серьезным препятствием: утечка энергии и информации из квантовой системы в окружающую среду ведет к декогеренции — разрушению хрупких квантовых состояний, включая запутанность. Физики нашли способ использовать эту утечку как рабочий механизм.
Совместная работа ученых из Иллинойсского университета в Урбане‑Шампейне и Чикагского университета показала, что диссипация (рассеивание энергии) может служить инструментом для создания устойчивой квантовой запутанности — ресурса, критически важного для квантовых вычислений и связи.
В основе эксперимента — техника «синтетического сжатия». Исследователи применили ее к паре сверхпроводящих кубитов, чтобы в лаборатории воспроизвести теоретическое предсказание о формировании запутанности за счет управляемой диссипации. В отличие от традиционных подходов, где запутанность создают в изолированной системе, а затем пытаются сохранить и передать, новая методика позволяет сформировать устойчивое запутанное состояние прямо в процессе взаимодействия с внешней средой.
Вместо того чтобы создать ее в один момент и наблюдать за ее распадом, мы получаем естественную точку релаксации в этой системе. Это почти как «холодильник», который откачивает внешние воздействия, чтобы сохранить запутанность, вместо того чтобы откачивать тепло, чтобы сохранить низкую температуру
Такой подход решает одну из главных практических проблем: при традиционных методах частицы готовят в одном месте, а затем перемещают, и именно на этапе транспортировки помехи чаще всего разрушают запутанность. Отказ от транспортировки снимает значительную часть рисков. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review X.
Хотя каскадные квантовые системы, где объекты непрерывно поглощают и испускают свет, известны давно, качество запутанности в них обычно страдает из‑за шума и несовершенства оборудования. Метод синтетического сжатия позволяет компенсировать эти эффекты за счет точной настройки экспериментальных параметров. Демонстрация на двухкубитной системе — первый шаг: ученые планируют масштабировать подход на многокубитные конфигурации.
В перспективе метод может лечь в основу квантовых сетей, где запутанность будет формироваться и поддерживаться без прямой передачи квантовой информации по зашумленным каналам. Одним из следующих направлений работы станет дистилляция запутанности — протокол, позволяющий из набора кубитов с умеренной запутанностью получать отдельные пары с высокой степенью корреляции, пригодные для реальных квантовых вычислений.
Ранее Наука Mail рассказывала, что физики впервые продемонстрировали новый тип квантового взаимодействия ионов.