Французские физики научились преобразовывать кубиты с дискретными переменными в кубиты с непрерывными переменными. Квантовая версия цифро-аналогового преобразователя основана на квантовой телепортации с помощью гибридной запутанности между кубитами разного типа. Протокол, разработанный авторами, содержит в себе запутывание входного и затравочных разнотипных, а также измерение одного из них в белловском базисе.

Исследование опубликовано в Nature Photonics.

Аналоговая и цифровая — это две ипостаси информации, с которой человек имеет дело. Первая связана с непрерывными изменениями информационных переменных, в то время как во втором случае они дискретны. Разница в их математической природе определяет различие в подходах к работе аналоговых и цифровых вычислителей. И хотя второй тип компьютеров сейчас доминирует в информатике, физические сигналы имеют по большей части аналоговую природу. Для их связи инженеры изобрели цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Вторая квантовая революция расширила возможности информатики, привнеся в нее работу с квантовой информацией. Цифро-аналоговая дуальность нашла отражение в различии кубитов с дискретными и непрерывными переменными (discrete and continuous variables, DV и CV). Применительно к свету дискретными переменными можно считать поляризацию или число фотонов в моде — ноль, одна, две частицы и так далее.

В то же время квантовая механика утверждает, что более естественным для света состоянием становится такое, в котором количество фотонов в моде подчиняется некоторому вероятностному распределению (физики говорят про когерентное состояние). Любая суперпозиция различных когерентных состояний называется состоянием кота Шрёдингера и может считаться квантовым наследником аналоговой информации. Проблема заключается в том, что учеными уже придумано множество различных протоколов и архитектур квантовых вычислений и коммуникаций для дискретных и непрерывных переменных, и их не всегда можно согласовать друг с другом.

Преобразование между DV- и CV-кубитами — это важный шаг, который необходим для связывания отдельных устройств в будущих инфраструктурах обработки квантовой информации.

Решить эту проблему для кубитов на основе числа фотонов в моде удалось физикам из Университета Сорбонны под руководством Жюльена Лора (Julien Laurat). Для этого они воспользовались квантовой телепортацией на основе гибридной запутанности между кубитами разного типа.