Откритието води квантовите изчисления до широкомащабна практическа употреба и е способно да разруши и създаде отново цялата информационна индустрия
“Джена, телепортирай ме!”
Едва ли има човек, който да не помни тези знаменити реплики от научнофантастичния “Седморката на Блейк”. И определено можем да твърдим, че телепортацията е една от големите технологични мечти на хората.
Или поне беше, защото мечтата вече е изпълнена, след като изследователи от Оксфордския университет изградиха мащабен квантов суперкомпютър, способен на квантова телепортация.
Какво е квантовата телепортация?
Квантовата телепортация е феномен, при който информация за квантовото състояние на една частица се прехвърля мигновено на друга, без физическо предаване. Това се постига чрез квантово заплитане – процес, при който две или повече частици стават неразривно свързани независимо от разстоянието между тях.
Пробивът се съсредоточава върху така наречения проблем с “мащабируемостта на квантовите изчисления”, като учените твърдят, че това ще позволи технологията от следващо поколение да бъде реализирана на разрушаващо индустрията ниво.
Областта на квантовите изчисления съществува от десетилетия, но едва през последните години беше постигнат значителен напредък към реализацията им в практически мащаб.
Използвайки свойствата на квантовата физика, тези машини от следващо поколение заменят традиционните битове – “единиците” и “нулите”, използвани за съхраняване и прехвърляне на цифрова информация – с квантови битове (кубити), които могат да действат като единица и нула едновременно чрез феномен, известен като суперпозиция.
В този експеримент учените телепортират квантови състояния между два модула, разположени на разстояние два метра един от друг. Въпреки че това е малка дистанция, методът има потенциал да бъде разширен за изграждане на мащабни квантови мрежи – бъдещия “интернет” на квантовите компютри. Това дава на квантовите компютри потенциала да бъдат много по-мощни от днешните най-съвременни суперкомпютри, които използват конвенционална изчислителна технология.
Реално експериментът в Оксфорд не е първият път, когато учените са постигнали квантова телепортация. Преди него обаче данните са прехвърляни от едно място на друго, без да се преместват кюбити. Така че реално пробивът на английските учени е първата демонстрация на квантова телепортация на логически изходи - минималните компоненти на алгоритъм - през мрежова връзка.
Как работи квантовата телепортация?
В класическите компютри информацията се обработва чрез битове, които приемат стойности 0 или 1. В квантовите компютри обаче се използват кюбити – единици информация, които могат да съществуват в суперпозиция на множество състояния едновременно.
За да бъде този процес ефективен, е необходимо голям брой кюбити да останат квантово заплетени достатъчно дълго, без външни смущения. Именно това предизвикателство преодоляват учените от Оксфорд, като демонстрират успешна телепортация с 86% точност – достатъчна за изпълнение на квантови алгоритми.
Изследователите твърдят, че техниката на квантовата телепортация може да формира основата за бъдещ “квантов интернет”, който ще предложи ултрасигурна мрежа за комуникации, изчисления и сензори.
“Предишни демонстрации на квантова телепортация се фокусираха върху прехвърлянето на квантови състояния между физически разделени системи”, каза Дугал Мейн от катедрата по физика в Оксфордския университет, който ръководи изследването.
“В нашето изследване използваме квантова телепортация, за да създадем взаимодействия между тези отдалечени системи. Чрез внимателно адаптиране на тези взаимодействия можем да изпълняваме логически квантови порти – основните операции на квантовите изчисления – между кюбити, разположени в отделни квантови компютри. Този пробив ни позволява ефективно да свържем отделни квантови процесори в един, напълно свързан квантов компютър.”
Експериментът в Оксфорд доказа и, че квантовата система може да бъде изградена и мащабирана с помощта на вече налична технология.
“Нашият експеримент показва, че мрежово разпределената обработка на квантовата информация е осъществима с настоящата технология”, каза професор Дейвид Лукас, главен изследовател на изследователския екип и водещ учен в UK Quantum Computing and Simulation Hub. Но добавя, че увеличаването на мащаба на квантовите компютри остава страхотно техническо предизвикателство, което вероятно ще изисква нови физични прозрения, както и интензивни инженерни усилия през следващите години.
Констатациите са публикувани в списанието Nature в проучване, озаглавено “Разпределено квантово изчисление през оптична мрежова връзка”.
Къде може да се приложи квантовата телепортация?
Тази технология може да революционизира начина, по който изграждаме и свързваме квантови компютри. Вместо да разчитаме на сложни корекции на грешки или защитни механизми за запазване на квантовите състояния, можем да използваме телепортация за мигновено предаване на информация в квантови мрежи.
Според изследователите напредъкът може да бъде от много по-голяма полза за човечеството от просто квантовите изчисления.
“Обхватът на тези мрежи се простира отвъд квантовите компютърни технологии; способността да се контролират разпределени квантови системи, както е позволено от тази архитектура, за проектиране на сложни квантови ресурси има приложения в многостранното споделяне на тайни, метрологията и изследването на фундаменталната физика”, съобщава екипът.
Финансирането за изследването е осигурено от Изследователския съвет за инженерни и физически науки на Обединеното кралство (UKRI EPSRC) като част от Националната програма за квантови технологии на Обединеното кралство. Резултатите осигуряват основа за бъдеща работа по интегрирането на множество квантови процесори в по-големи, високопроизводителни изчислителни системи.
