Международный коллектив физиков экспериментально реализовал «кудиты» — квантовые устройства, аналогичные кубитам, но запутывающие частицы сразу по нескольким состояниям. В работе описываются опыты с двумя запутанными кудитами, у каждого из которых есть десять состояний, что в результате дает стомерную систему. С подробностями можно ознакомиться на страницах журнала Nature.

Квантовые биты, или кубиты, — это основа вычислительных элементов квантовых компьютеров. От классических битов они отличаются тем, что могут находиться не только в состояниях «0» и «1», но и в их суперпозиции, что невозможно в классической ситуации. Чтобы реализовать квантовый компьютер на практике, необходимо одновременно запутать, то есть связать между собой, как минимум десяток кубитов, что чрезвычайно трудно из-за хрупкости квантовых состояний.

Авторы новой работы пошли другим путем: вместо связывания большого количества кубитов они создали устройства, которые сами по себе реализуют более двух состояний. Теоретически, два устройства с 32 состояниями могут заменить квантовый компьютер с десятью кубитами. Ученые разработали фотонный микрочип и изготовили его при помощи технологий создания интегральных схем. Лазер запускает импульсы света в вытравленный в кварцевом стекле кольцеобразный микрорезонатор диаметром 270 микрометров, который, в свою очередь, испускает пары запутанных фотонов. Каждый фотон оказывается в суперпозиции десяти различных длин волн.

«Например, запутанный в нескольких измерениях фотон может быть красным, и желтым, и зеленым, и синим, хотя в данном исследовании используют инфракрасные фотоны», — поясняет один из авторов, Майкл Кьюс из Национального института научных разработок Канады в Квебеке. В реализованной установке длины волн одного из фотонов пары находили в диапазоне от 1534 до 1550 нанометров, а у другого — от 1550 до 1566.

Для передачи фотонов авторы использовали обычное телекоммуникационное оптоволокно. В ходе опыта они передали фотоны на 24,2 километра и продемонстрировали, что в этом случае запутанность сохраняется. Ученые особо отметили это обстоятельство, так как для продвинутых кубитов нужны очень низкие температуры и самые современные магниты. Также авторы отмечают, что с созданной установкой в принципе можно создать кудиты с 96 состояниями, что лучше, чем система из 13 кубитов.