Немецкие физики сообщили об успешной генерации запутанных многокубитных состояний на фотонах с помощью одиночного атома, помещенного в резонатор. В создание кластерных состояний им удалось вовлечь 12 фотонов, а состояний Гринбергера — Хорна — Цайлингера — 14 фотонов. Частота генерации и детектирования запутанных фотонных цепочек на основе предложенной схемы оказалась на два порядка выше, чем в методе на основе спонтанного параметрического рассеяния.

Исследование опубликовано в Nature.

Одним из направлений квантовой информатики стало развитие так называемых однонаправленных квантовых вычислений. От более традиционных квантовых вычислительных схем их отличает работа не с вентилями, которые как-либо унитарно (обратимо, без потери когерентности) меняют состояние двух или более кубитов, а с измерениями, то есть необратимым коллапсом волновых функций. Ключом к использованию этой техники остается создание и поддержание запутанных многокубитных состояний.

Несмотря на то, что физики уже умеют запутывать одновременно большое количество кубитов, сделано не так много успешных попыток реализовать с их помощью однонаправленные вычисления. Довольно перспективными в этом плане выглядят оптические платформы, которые используют в качестве кубитов фотоны. Традиционный способ запутывать фотоны — это спонтанное параметрическое рассеяние с понижением частоты (spontaneous parametric down-conversion, SPDC). Этот метод, однако, вероятностный, что привносит затруднения при масштабировании вычислений до большого числа кубитов.

Работа физиков из Института квантовой оптики Общества Макса Планка под руководством Герхарда Ремпе (Gerhard Rempe) была направлена на решение этой проблемы.