Představte si budoucnost, kde váš kvantový počítač nebude jen jeden křehký čip. Jedná se o síť modulů, které jsou fyzicky odděleny, ale fungují jako jeden koherentní stroj.
Už dvě desetiletí fyzici věděli, že je to teoreticky možné. Bez aktivního a špinavého hospodaření to prostě nemohli dokázat.
V poslední době se situace změnila.
Vědci z Institute of Science and Technology Austria (ISTA) potvrdili předpověď z roku 2006. Prokázali autonomní distribuované kvantové provázání. Žádné opakované měření. Žádný aktivní výběr poté. Pouze „kvantová lázeň“ (rezervoár), která zachovává spojení mezi qubity.
To je velký úspěch pro kvantovou komunikaci.
Jak kvantová lázeň nahrazuje aktivní ovládání
Tradiční metody zapletení vzdálených qubitů vyžadují obrovské úsilí.
Obvykle máte dvě možnosti. Nasměrujte řízený foton z A do B. Nebo nechte oba qubity emitovat fotony a pak je porovnejte. Posledně jmenovaný přístup získal v roce 2022 Nobelovu cenu. Je to elegantní. Ale je to také nespolehlivé. Záleží na případu. Častěji to nefunguje. Musíte prosít šum, abyste našli signál.
Alejandro Andres-Juanes a profesor Johannes Fink z ISTA zvolili jinou cestu.
Vytvořili kvantový lázeňský dům.
Představte si to jako prostředí. Společný zdroj korelovaných světelných částic směřuje energii do dvou oddělených qubitů. Veškerou práci dělá lázeňský dům. Automaticky přivádí qubity do synchronizace.
„Dálkovou stabilizací zamotaných stavů je náš přístup zcela autonomní a nevyžaduje aktivní řízení ani měření.“
Tím se řeší konkrétní nesrovnalost.
Příroda miluje propletenec spojitých proměnných. Plyne plynule. Jako poloha kyvadla. Snadno se tvoří.
Většina kvantových počítačů vyžaduje zapletení s diskrétními proměnnými. Binární. Všechno nebo nic. Přímé generování je obtížné.
Tým ISTA použil „koupelnu“ k převedení spojitého na diskrétní. Překlenuly propast mezi tím, co se snadno vyrábí, a tím, co je prakticky užitečné.
Proč zapletení trvá déle než qubity
To je hlavní výhoda.
Ve standardních systémech je zapletení pomíjivé. Zemře, když qubity podstoupí dekoherenci. Musíme jednat rychle. Pokud okno minete, spojení je přerušeno.
Kvantová „koupel“ mění pravidla hry.
Samotné prostředí se stává zdrojem stability. Souvislý proud mikrovlnných fotonů udržuje celkový stav.
Tím se vytvoří nový základní stav.
Zapletený stav trvá déle, než je přirozená životnost jednotlivých qubitů. Zůstává k dispozici. Vždy připraven. To je koncepčně významné. Nemusíte spěchat. Ke zdroji máte přístup, když ho potřebujete.
Andres-Juanes poznamenává, že tato metoda je škálovatelná. Není omezen na dva qubity. Můžete synchronizovat více vzdálených procesorů.
Kde je toto místo v kvantové krajině
Experiment používal supravodivé qubity. To jsou tažní koně společností jako IBM a Google.
“Bath” komunikoval prostřednictvím mikrovlnných fotonů. Nízká energie. Přesné ovládání.
Ale je tu širší cíl.
Finkova skupina také studuje optické fotony. Cestují přes optické kabely. Přenášejí kvantové informace na velké vzdálenosti. Mikrovlnné fotony zpracovávají lokální výpočetní úlohu. Optické fotony umožňují spojení na velké vzdálenosti.
Prototyp ISTA je krokem k hybridním systémům. Lokální stabilita se snoubí s globální konektivitou.
Jaká omezení zůstávají?
Nebojte se příliš.
Metoda funguje. Toto je důkaz konceptu.
Ale stále je to neúčinné.
V současné době systém přenáší pouze asi 10 % dostupného zmatku z lázní. Aktivní metody kontroly jsou rychlejší. Jsou krátkodobě přesnější.
Proč to trvalo 20 let?
Původní teorie předpokládala ideální podmínky. Skutečné laboratoře jsou špinavá místa. Fink vysvětluje, že předchozí vědci nebyli schopni vytvořit funkční kvantovou lázeň kvůli experimentálnímu hluku. Postrádali faktory, které narušovaly korelace z jednoho zdroje.
Tým ISTA ověřil výsledky pomocí kvantové tomografie. Stav zrekonstruovali na základě měření, která trvala pouze 20–80 nanosekund. Jedna miliardtina sekundy je v kvantové fyzice dlouhá doba. Stát zastihli, než se zhroutil.
“Qubity mohou být v superpozici stavů, ale všechny tyto stavy se zhroutí, když provedeme měření, takže nám zůstane stav 0 nebo 1.”
Tak.
Je připraven pro váš notebook? Ne.
Je to základ pro kvantové sítě odolné proti chybám? Možná.
„Banya“ udržuje spojení naživu. Ona čeká. Ona nenutí. A pro distribuované kvantové výpočty může být tato trpělivost tou nejdůležitější vlastností ze všech.
