Схема коммуникаций для установления квантовой запутанности двух фотонов на дальности 52 мили (83+ км)

В новости за 15 февраля мы уже сообщали о планах развернуть «квантовый» Интернет между всеми 17-ю национальными лабораториями в США. Уточним, речь идёт не только и не столько о защищённой квантовой связи ? о распределении квантовых ключей шифрования, а о передаче данных и о кластерах на основе квантовых компьютеров. Это совсем другое. В данном случае подразумевается передача информации с использованием законов квантовой механики, что ещё называют квантовой телепортацией.

Для осуществления квантовой телепортации ? мгновенной передачи информации на далёкое расстояние со скоростью выше скорости света ? частицы (в эксперименте это фотоны) должны быть запутаны. Это означает, что квантовые состояния двух или большего числа объектов (частиц, атомов или чего-то другого) оказываются взаимозависимыми. В такой связи состояние спина одной частицы всегда оказывается строго противоположным состоянию спина другой удалённой частицы. Также измерение состояния одной из частиц мгновенно разрушает запутанность ? происходит «телепортация» воздействия, что служит основой для передачи информации.

Учёные из национальной лаборатории Аргонн поставили эксперимент по запутыванию пары фотонов в условиях старой оптоволоконной городской кабельной сети. В опыте использовались две закольцованные петли по 26 миль каждая, всего получилась петля длиной 52 мили или свыше 83 км. Этот эксперимент важен был тем, что использовалась кабельная инфраструктура со всеми её недостатками ? температурными, механическими, шумовыми и электромагнитными воздействиями плюс годы эксплуатации.

Опыт показал, что пара фотонов сохраняла запутанность на удалении фактически 83 километров. С группой частиц (кубитов) всё будет сложнее, но факт остаётся фактом. Квантовая запутанность работает в полевых условиях и оставляет пространство для дальнейших экспериментов.

Квантовые компьютеры помогут понять переход систем из квантового в классическое состояние

Ученые из Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory — LANL) разработали новый алгоритм квантовых вычислений, который обеспечивает более чёткое понимание перехода микрообъектов при их масштабировании от квантового состояния к классическому, что может помочь моделировать системы на стыке квантовых и классических миров, таких как биологические белки, а также решать вопросы о том, как квантовая механика применяется к крупномасштабным объектам.

Белые крестики представляют собой решение простой квантовой задачи, анализируемой с помощью нового квантового алгоритма, разработанного в Лос-Аламосской национальной лаборатории.

«Квантово-классический переход происходит, когда вы добавляете всё больше и больше частиц в квантовую систему», — объясняет Патрик Коулз (Patrick Coles) из группы по изучению физики конденсированных сред и сложных систем в Лос-Аламосской национальной лаборатории. «В итоге странные квантовые эффекты исчезают, и система начинает вести себя более классически. В таких процессах практически невозможно использовать обычный компьютер для изучения квантово-классического перехода. Мы могли бы изучить этот переход при помощи нашего алгоритма и квантового компьютера, состоящего из нескольких сотен кубитов, который, как мы ожидаем, будет доступен в ближайшие несколько лет, исходя из текущего прогресса в данной области».

Отвечать на вопросы о квантово-классическом переходе крайне сложно. Для систем, состоящих из нескольких атомов, эта проблема быстро становится неразрешимой. Число уравнений растет экспоненциально с каждым добавленным атомом. Белки, например, состоят из длинных цепочек молекул, которые могут стать как важными биологическими компонентами, так и источниками заболевания, в зависимости от того, какую структуру они сформируют. Хотя белки могут быть сравнительно большими молекулами, они настолько малы, что квантово-классический переход и алгоритмы, которые могут с ним справиться, становятся крайне важными для попытки понять и предсказать, как именно будет сворачиваться тот или иной белок.

Чтобы изучить аспекты квантово-классического перехода на квантовом компьютере, исследователи сначала нуждаются в средствах для определения того, насколько близка квантовая система к классическому поведению, так как квантовые объекты имеют характеристики как частиц, так и волн. В некоторых случаях они взаимодействуют как крошечные бильярдные шары, а в других они взаимодействуют друг с другом как волны, усиливая или подавляя друг друга за счёт интерференции. К счастью, когда нет каких-либо помех, квантовую систему можно описать используя интуитивно понятные классические вероятности, а не более сложные методы квантовой механики.

Алгоритм разработанный учеными из LANL определяет, насколько близка квантовая система к классическому поведению. Результатом его работы является инструмент, который они могут использовать для поиска классического поведения в квантовых системах и понимания того, каким образом квантовые системы, окружающие нас в повседневной жизни, превращаются в объекты, подчиняющийся законом понятной нам классической

Источник: vk.com

Комментарии: