Американские физики впервые смогли «запутать» на квантовом уровне фотон и атомы Ридберга — ядра щелочных металлов с «высокоорбитальным» электроном, что открывает дорогу для создания полноценных шин передачи данных для сложных квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«Мы хотим заставить фотоны пролетать большие расстояния, что позволит нам разработать масштабируемые протоколы для "запутывания» все большего числа узлов в квантовом компьютере. Система, которую нам удалось создать, гораздо ближе к настоящей квантовой сети, чем что-либо созданное ранее. Это действительно многообещающее открытие", — заявил Алексей Кузьмич из университета штата Джорджия в Атланте (США).

Кузьмич и его коллеги, Ярослав Дудин и Линь Ли, открыли перспективную методику передачи данных между узлами квантового компьютера, экспериментируя с так называемыми атомами Ридберга. Они представляют собой атомы щелочных металлов, один из электронов которых находится в высоковозбужденном состоянии на большом расстоянии от ядра.

Подобные частицы являются привлекательными кандидатами на роль кубитов — базовых ячеек квантовых компьютеров.

В частности, их большие размеры по сравнению с обычными атомами облегчают манипуляции со спином, а особые физические свойства позволяют передавать состояние атома в виде одного фотона. Тем не менее, спином атомов Ридберга крайне сложно манипулировать, так как их необходимо удерживать внутри лазерно-оптической ловушки.

Авторы статьи решили эту проблему, подобрав особую «магическую» частоту лазера, которая позволяла им одновременно менять спин или заставлять атомы излучать фотон. Благодаря этому им удалось объединить свыше 5 тысяч рубидиевых атомов Ридберга в один кубит, состояние которого можно считать с 100% точностью.

По их словам, такие кубиты можно использовать в качестве узлов надежной квантовой сети, точность передачи информации в которой не будет снижаться с ростом ее размеров.