Ученые впервые объединили квантовые процессоры через телепортацию состояний

Учёные впервые провели эксперимент по распределённым квантовым вычислениям на ионных модулях, соединённых фотонной сетью. Два модуля находились на расстоянии около двух метров и взаимодействовали через световые каналы, где фотоны переносили квантовую информацию и помогали создавать удалённое запутывание.

Основой эксперимента стали ионы стронция (Sr⁺) и кальция (Ca⁺). В каждом модуле находились по два иона разных типов: один работал как «сетевой» кубит, другой как «вычислительный». Сетевые кубиты связывались друг с другом через фотонную лини и формировали пару запутанных состояний, которые можно было многократно использовать для телепортации квантовых операций между вычислительными кубитами.

Одним из важнейших достижений стало выполнение телепортированной двухкубитной операции controlled-Z (CZ) с точностью 86%. Оба вычислительных иона, находящиеся в разных модулях, вели себя так, словно они соединены напрямую. Авторы эксперимента также проверили алгоритм Гровера, который обычно ищет нужный элемент в массиве, и получили вероятность успеха 71%. Наконец, они выполнили операции iSWAP и SWAP, использовав по два или три телепортированные «кирпичика» CZ. Результаты всех тестов подтвердили, что удалённые квантовые модули могут работать вместе как единая система.

Этот подход помогает решить проблему масштабирования квантовых процессоров. Вместо создания одного устройства с тысячами кубитов проще объединить несколько небольших модулей, каждый со своей «специализацией» и надёжной связью друг с другом. Оптическая сеть при этом даёт гибкость и возможность динамически менять схему соединений. Такой метод можно применять не только для ионов, но и для других квантовых систем, например нейтральных атомов или центров в алмазах, а также расширять расстояние с помощью квантовых ретрансляторов.