Американські фізики вперше змогли «заплутати» на квантовому рівні фотон і атоми Рідберга — ядра лужних металів з «высокоорбитальным» електроном, що відкриває дорогу для створення повноцінних шин передачі даних для складних квантових комп’ютерів, йдеться в статті, опублікованій в журналі Nature.

«Ми хочемо змусити фотони пролітати великі відстані, що дозволить нам розробити масштабовані протоколи для “заплутування» все більшого числа вузлів в квантовому комп’ютері. Система, яку нам вдалося створити, набагато ближче до цієї квантової мережі, ніж що-небудь створене раніше. Це дійсно багатообіцяючий відкриття”, — заявив Олексій Кузьмич з університету штату Джорджія в Атланті (США).

Кузьмич і його колеги, Ярослав Дудін і Лінь, відкрили перспективну методику передачі даних між вузлами квантового комп’ютера, експериментуючи з так званими атомами Рідберга. Вони являють собою атоми лужних металів, один з електронів яких знаходиться у високозбудженому стані на великій відстані від ядра.

Подібні частинки є привабливими кандидатами на роль кубітів — базових осередків квантових комп’ютерів.

Зокрема, їх великі розміри в порівнянні із звичайними атомами полегшують маніпуляції зі спіном, а особливі фізичні властивості дозволяють передавати стан атома у вигляді одного фотона. Тим не менш, спіном атомів Рідберга вкрай складно маніпулювати, оскільки їх необхідно утримувати всередині лазерно-оптичної пастки.

Автори статті вирішили цю проблему, підібравши особливу «магічну» частоту лазера, яка дозволяла їм одночасно змінювати спін або змушувати атоми випромінювати фотон. Завдяки цьому їм вдалося об’єднати понад 5 тисяч рубидиевых атомів Рідберга в один кубіт, стан якого можна вважати з 100% точністю.

За їх словами, такі кубіти можна використовувати в якості вузлів надійної квантової мережі, точність передачі інформації в якій не буде знижуватися зі збільшенням її розмірів.