Известно, что явление квантовой запутанности является тем, на чем основана работа квантовых компьютеров. Однако, до последнего времени в распоряжении людей не было надежного метода, позволяющего контролировать квантовую запутанность даже в простейших системах, состоящих из малого количества квантовых битов, кубитов. Но недавно, группа ученых-физиков из Венского университета и австрийской Академии наук разработала метод, потенциально позволяющий обнаруживать и контролировать квантовую запутанность в квантовых системах любого масштаба, что открывает путь к созданию надежных и безошибочных технологий квантовых вычислений.
Напомним нашим читателям, что квантовая запутанность является эффектом, в который вовлечены две или большее количество квантовых частиц. За счет использования различных уловок эти частицы становятся взаимосвязанными (запутанными). Принудительное изменение состояния одной из запутанных частиц приводит в моментальному изменению состояния всех других запутанных частиц, при этом, расстояние, разделяющее частицы, не играет роли и может быть сколь угодно большим.
Множество ученых пыталось разработать эффективные методы контроля квантовой запутанности, но все эти методы работали лишь на простейших системах, состоящих из нескольких единиц кубитов. Однако, полноценный универсальный квантовый компьютер будет состоять из миллионов или еще большего числа кубитов. Проверка и контроль квантовой запутанности в этих компьютерах, производимая при помощи методов, подходящих для малых квантовых систем, займет достаточно долгое время, что делает нецелесообразным их использование.
Группа физиков-теоретиков и физиков-экспериментаторов из Австрии, при участии их коллег из университета Белграда, продемонстрировала, что проверка и контроль квантовой запутанности могут быть произведены за очень короткий промежуток времени, что, в свою очередь, позволит использовать этот метод в крупномасштабных квантовых системах. Для практической проверки разработанного ими метода ученые создали тестовую квантовую систему из шести запутанных фотонов. Определение запутанного состояния этих фотонов производится всего за несколько этапов, а точность (достоверность) получаемых результатов, составляет целых 99.99 процента.
Если не вдаваться в математические “дебри”, то работу нового метода можно описать достаточно просто. После создания квантовой системы и “наведения” запутанности между ее некоторыми компонентами, производится последовательность квантовых измерения, выбранных из специально и тщательно подобранного списка. Результаты этих измерений или подтверждают, или опровергают факт наличия квантовой запутанности. Чем больше получено положительных ответов, тем больше вероятность существования квантовой запутанности. Но главным отличием нового метода является то, что используемые измерения позволяют получить высокую точность при относительно небольшом количестве измерений, на порядки ниже, чем в других методах.
Более того, количество измерений и “измерительных проходов” не зависит от размеров квантовой системы, таким образом, новый метод можно будет эффективно использовать даже в самых сложных квантовых компьютерах, которые появятся в будущем. Однако, появление таких компьютеров пока еще сопряжено с целым рядом трудностей различного рода, но появление нового метода контроля квантовой запутанности уже позволило убрать одну их трудностей, что делает появление квантового компьютера на один шаг ближе.
