Впервые учёные из университета Мериленда, Национального института стандартов и технологий и университета Мичигана произвели операции с квантовым гейтом между двумя удалёнными частицами материи. Ранее подобное удавалось только с фотонами, которые, однако, не пригодны для хранения кюбитов. В новом эксперименте квантовый гейт реализован запутыванием состояний двух ионов иттербия, удерживаемых в собственных ловушках, находящихся на расстоянии одного метра. Состояния ионов устанавливались в "1" и "0" соответственно, с помощью микроволнового излучения. Поскольку ионы удерживались в ионных ловушках, то они были защищены от взаимодействия с внешней средой, а поэтому состояния "1" и "0" могли сохраняться достаточно долго.

Затем ионы облучались лазером, с тем чтобы вызвать испускание каждым ионом по одному фотону. Эти фотоны направлялись в интерферометр. Одновременное детектирование двух фотонов указывало на то, что процедура оперирования квантовым гейтом прошла успешно. Надёжность измерений составила 90±2%.

Как считают исследователи, такие квантовые гейты могут быть использованы в квантовых репитерах, необходимых для осуществления квантовой коммуникации на больших расстояниях. Кроме того, запутанный квантовый гейт может применяться для взаимосвязи удалённых квантовых процессоров, что важно для построения масштабируемых квантовых компьютеров.

Статья опубликована в журнале "Physical Review Letters" (Vol 102, Art. 250502, 2009). Электронный препринт: xxx.lanl.gov/PS_cache/arxiv/pdf/0902/0902.2136v1.pdf.

* * *

41 исследователь из Австрийского института технологий (AIT), фирмы id Quantique, Toshiba Research (Великобритания), Женевского университета, Венского университета, CNRS, Thales, Siemens и других европейских учреждений и организаций решили объединить свои усилия в установлении рекорда дальности в квантовом распределении ключа, т.е. в области квантовой криптографии и квантовой коммуникации.

Сеть, которую предполагается построить, будет содержать 8 узлов со средней длиной соединения 20-30 км, но самое длинное соединение будет 83-километровым. Идея такой сети описана в статье "Сеть распределения ключа SECOQC в Вене", опубликованной в журнале "New Journal of Physics". Кроме того, в ней даётся и оценка ёмкости передачи, т.е. максимального количества ключей, которые могут быть переданы через эту сеть. SECOQC - это сокращение от "SEcure COmmunication network based on Quantum Cryptography" ("Сеть безопасной коммуникации, основанная на квантовой криптографии").

* * *

Леонардо ДиКарло (Leonardo DiCarlo) с коллегами из Йельского университета (Нью Хевен) создали первый твердотельный квантовый процессор, используя обычную технологию производства кремниевых чипов, о чём сообщили в недавнем выпуске журнала "Nature" (онлайн-публикация doi:10.1038/nature08121).

Устройство представляет собой два маленьких кусочка сверхпроводящего материала, состоящего из ниобиевой плёнки на подложке из оксида алюминия, с протравленным зазором между ними, при этом ток может "туннелировать" через этот зазор. Два кюбита разделены микроволновым резонатором, а вся система подключена к источнику электрического тока. При определённых частотах микроволнового излучения в резонаторе два кюбита становятся запутанными. Импульсом напряжения можно управлять временем, в течение которого кюбиты будут оставаться запутанными. А от этого времени зависит, насколько сложные проблемы сможет решать система. В данном эксперименте удалось достичь времени сохранения запутанного состояния в течение целой микросекунды, что является довольно высоким показателем на сегодняшний день.

Группа ДиКарло показала, что этого достаточно, чтобы система смогла выполнить два специфически квантовых алгоритма. Первый - это известный алгоритм Гровера для быстрого поиска по большим базам данных, например, поиск абонента по известному номеру в большой телефонной книге. Второй - алгоритм Дойча-Джоша для определения, является ли функция двоичной переменной f(n) постоянной (принимает значение 0 или 1 при любых аргументах) или сбалансированной (для половины области определения принимает значение 0, для другой половины - 1), например, для определения, является ли бросание монеты честным или нет. При этом для алгоритма Гровера удалось достичь 80% правильных ответов, для алгоритма Дойча-Джоша - 90%.

Однако ДиКарло не склонен переоценивать своё достижение. По его словам, они создали очень простой квантовый процессор, но ни в коем случае не квантовый компьютер. Достаточно сложно, но возможно масштабировать его до трёх и четырёх кюбитов, но уже 10 кюбитов - очень далёкая перспектива. Кроме того, устройство работает при температуре, близкой к абсолютному нулю, и требует специальных охлаждающих устройств.

Так что до реалистичного квантового компьютера хоть и ближе, но всё так же далеко.

Сергей САНЬКО