Gələcək kvant kompüterləri geniş şəkildə ayrılmış modulları paylanmış dolaşıqlıq vasitəsilə birləşdirmək qabiliyyətindən asılı ola bilər. İndiyə qədər bu cür əlaqənin yaradılması ümumiyyətlə aktiv nəzarət və təkrar ölçmələr tələb edirdi. Avstriya Elm və Texnologiya İnstitutunun (ISTA) fizikləri artıq korrelyasiya olunmuş işığın hissəciklərindən hazırlanmış “kvant vannası”na əsaslanan tam muxtar alternativ nümayiş etdiriblər.

“Physical Review X” jurnalında dərc olunan təcrübə, 20 ildən çox əvvəl irəli sürülən bir proqnozun ilk nümayişini təqdim edir. Bu yanaşma nəticədə praktik kvant texnologiyaları üçün yeni bir təməl təklif edə bilər.

Uzaq Kvant Bitlərinin Qoşulması

Dolaşıqlıq kvant fizikasının müəyyənedici hadisələrindən biridir. Bu, hissəciklərə və ya sistemlərə klassik fizika ilə izah edilə bilməyən korrelyasiyaları paylaşmağa imkan verir. Fiziki olaraq ayrılmış kubitlər (kvant bitləri) arasında paylanmış dolaşıqlığın yaradılması daha böyük kvant kompüterlərinin və gələcək kvant şəbəkələrinin qurulması üçün vacib ola bilər.

Uzaq kubitləri dolaşdırmaq üçün əvvəlki cəhdlər ümumiyyətlə iki strategiyadan birini izləyib. Bir metod bir kubitdən digərinə tək, aktiv şəkildə idarə olunan foton göndərir. Digər metod isə hər kubitdən bir foton yayılması və iki fotonun dolaşıqlıq yaratmaq üçün uyğunlaşdırılmasını təmin edir.

İkinci yanaşma 2022-ci il Fizika üzrə Nobel Mükafatı tərəfindən tanınıb . Lakin bu, yenə də təkrar ölçmələrdən və seçimdən sonradan asılıdır və hətta bu halda belə, proses həmişə uğurla dolaşıqlığa səbəb olmur.

Avstriya Elm və Texnologiya İnstitutunun (ISTA) doktorantı Alejandro Andrés-Juanes və professor Johannes Fink fərqli bir həll yolu hazırlamaq üçün beynəlxalq əməkdaşlarla işləyiblər. Onların sistemi uzaq kubitləri avtomatik olaraq sinxronizasiyaya gətirən kvant vannasından istifadə edir. Prototip cihazda tədqiqatçılar iki ayrılmış kubitləri bir-birinə dolaşdırmaq üçün ortaq bir korrelyasiya olunmuş işıq hissəcikləri mənbəyindən istifadə edərək iyirmi ildən çoxdur nəzəri olaraq qalan bir ideyanı eksperimental olaraq həyata keçiriblər.

Tamamilə Muxtar Kvant Dolaşıqlığı

Kvant dolaşıqlığı bir neçə formada ola bilər. Davamlı dəyişənli dolaşıq vəziyyətlər səmərəli şəkildə yaradıla bilər və buna görə də nisbətən əlçatandır. Onlar mövqeyi və impulsu davamlı olaraq dəyişən bir sarkaçla müqayisə edilə bilər.

Lakin bir çox faydalı kvant texnologiyaları “diskret-dəyişkən” sistemlərdən asılıdır. Bunlar stasionar kubitlərin istifadə edə biləcəyi “hər şey və ya heç nə” dolaşıqlıq formalarını əhatə edir. ISTA komandası üçün çətinlik bu asanlıqla əldə edilə bilən davamlı dolaşıqlıq formalarını praktik tətbiqlər üçün lazım olan diskret formalarla əlaqələndirməyin bir yolunu tapmaq idi.

Andrés-Juanes deyir: “Bu işdə biz asanlıqla əldə edilə bilən və praktik olaraq faydalı dolaşıqlıq formaları arasındakı bu uyğunsuzluğu aradan qaldırmağı hədəflədik. Dolaşıq vəziyyətləri uzaqdan sabitləşdirməklə yanaşmamız tamamilə avtonomdur və heç bir aktiv nəzarət və ya ölçmə tələb etmir.”

Korrelyasiya olunmuş İşıqla Gücləndirilmiş Kvant Hamamı

Həm dolaşıqlığı, həm də kvant uyğunluğunu qorumaq kvant hesablamasının üzləşdiyi əsas çətinliklərdən biridir.

Tədqiqatçılar, kubitləri əhatə edən mühitin özünü dolaşıqlığın yaranması və sabitləşdirilməsindən məsul etməklə bu problemi həll etdilər.

“Bizim metodumuzda kvant hamamı – yəni kubitlərin mühiti – dolaşıqlığın mənbəyidir. O, korrelyasiya olunmuş fotonların davamlı axını vasitəsilə yeni bir əsas vəziyyət yaradır”, Fink deyir. “Bu şəkildə, dolaşıq kubit vəziyyəti, hətta kubitlərin öz “ömrü”ndən kənarda belə sabitləşir və sonrakı kvant emalı üçün bir resurs kimi həmişə mövcud qalır. Bu, yanaşmanı konseptual cəhətdən əhəmiyyətli edir.”

Dolaşıq vəziyyət mövcud qaldığı üçün tədqiqatçılar lazım olduqda ona daxil ola bilərlər. Bu, mövcud olduğu qısa müddət ərzində istifadə edilməli olan müvəqqəti dolaşıqlıqdan fərqlənir.

Mikrodalğalı Fotonlar Kubitləri Birlikdə Saxlayır

Tədqiqatçılar qubitləri dolaşıq foton mənbəyi ilə birləşdirmək üçün mikrodalğalı fotonlara etibar etdilər. Bu aşağı enerjili işıq hissəcikləri xüsusilə kvant məlumatlarını manipulyasiya etmək üçün faydalıdır və artıq aparıcı superkeçirici-kubit texnologiyasının mərkəzindədir.

Optik fotonlar fərqli bir rol oynayır və ümumiyyətlə optika və atom fizikasında istifadə olunur. Onlar həmçinin ISTA-dakı Fink qrupunun da araşdırdığı fiber optika vasitəsilə uzaq kvant kompüterləri arasında kvant məlumatlarının ötürülməsi üçün vacib ola bilər.

Gizli Kvant Vəziyyətinin Ölçülməsi

Tədqiqatçılar iki kubitin kvant hamamı daxilində sinxronlaşdırıldığını təsdiqləməli idilər. Bunu etmək üçün onlar kvant sistemini onun davranışının bir çox fərqli “dilimlərini” araşdıraraq yenidən quran bir texnika olan kvant tomoqrafiyasından istifadə etdilər.

Andrés-Juanes deyir ki, “Kubitlər halların üst-üstə düşməsində ola bilər, amma onları ölçdüyümüz zaman bütün bu hallar çökür və bu da bizə 0 və ya 1 halı verir”.

Kvant tomoqrafiyası tədqiqatçılara cəmi 20-80 nanosaniyə davam edən ölçmələr aparmağa və bu müşahidələrdən kubitlərin əsas vəziyyətlərini araşdırmaq üçün istifadə etməyə imkan verdi. Nanosaniyə saniyənin milyardda biri qədərdir.

20 illik proqnoz təcrübəyə çevrilir

ISTA tədqiqatçıları iki təcrid olunmuş kubiti kvant vannası vasitəsilə uğurla birləşdirərək uzun müddətdir mövcud olan nəzəri təklif üçün konsepsiyanın sübutu olan laboratoriya prototipi yaratdılar.

Andrés-Juanes deyir: “Biz birdən çox uzaq kubitləri sinxronizasiya etmək üçün miqyaslandırıla bilən nisbətən sadə bir metod təqdim edirik”.

Yeni yanaşma ümidvericidir, lakin hələlik qubit vəziyyətlərini aktiv şəkildə idarə edən metodlar qədər səmərəli deyil. “Metodumuz hazırda vannanın mövcud dolaşıqlığının təxminən 10%-ni ötürür.”

Tədqiqatçılar, ideyanın nümayiş etdirilməsinin iyirmi ildən çox vaxt aparmasının bir səbəbinin orijinal nəzəriyyənin eksperimental olaraq təkrar istehsal etmək çətin olan ideallaşdırılmış şərtlər altında inkişaf etdirilməsi olduğunu irəli sürürlər.

“Təcrübələrimiz, alimlərin paylanmış dolaşıqlıq üçün korrelyasiya olunmuş fotonların tək mənbəyindən istifadə edərək funksional kvant hamamı dizayn etməsinə mane ola biləcək bir neçə amili aşkar etməyə kömək etdi”, Fink deyir.

ISTA-da hazırlanmış prototip kvant optikası təcrübələri üçün yeni imkanlar yarada bilər. Bu, həmçinin kvant prosessorlarının genişləndirilməsi və nəticədə onları xətaya davamlı işləməyə yaxınlaşdırılması səylərinə töhfə verə bilər.