Дослідники з Університету Інсбрука продемонстрували масштабований квантовий вузол, який поєднує іони та фотони, створюючи основу для майбутнього квантового інтернету.
Один за одним, кожен іон-кубіт переміщується в оптичну порожнину, де дзеркала ефективно збирають фотони, випромінювані іоном-кубітом. Кожен фотон виходить обплутаним своїм іонним кубітом, утворюючи глибокий квантовий зв’язок. Фото: Університет Інсбрука/Гаральд Рітш
Квантові мережі використовують не біти, а фотони для передачі інформації, що робить зв’язок практично непорушним. Команда Бена Ланьона вперше створила прототип із десяти іонів кальцію, розташованих у пастці всередині квантового комп’ютера. Тонке керування електричними полями дозволило по черзі переміщувати кожен іон у оптичну порожнину, де лазерні імпульси генерували фотони, переплетені з квантовим станом іонів. «Однією з ключових переваг цього методу є його масштабованість», – наголошує Ланьон.
Вчені досягли 92% точності у створенні іон-фотонної заплутаності, що є рекордним результатом для такого масштабу. Попередні експерименти обмежувалися двома-трьома кубітами, тоді як новий метод потенційно дозволяє працювати із сотнями. «Наш метод – це крок до побудови більших і складніших квантових мереж», – додає Марко Кантері, перший автор роботи. Це означає можливість з’єднувати віддалені квантові процесори навіть між континентами.
Квантові вузли на основі іонів і фотонів відкривають шлях до квантово-безпечного зв’язку, розподілених обчислень та надточних сенсорних систем. Серед прикладів – оптичні атомні годинники, які зберігають точність протягом усього віку Всесвіту. Їх інтеграція в глобальні квантові мережі може створити систему вимірювання часу з безпрецедентною надійністю.
Дослідження “Photon-interfaceable ten-qubit trapped-ion register” було опубліковано в Physical Review Letters (2025) та підтримано Австрійським науковим фондом і ЄС. Ця розробка вважається ключовим кроком у формуванні інфраструктури квантового інтернету.