MIT создал «квантовый автобус» для соединения процессоров посредством фотонов

Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) презентовали инновационное устройство, позволяющее осуществлять многоканальную передачу квантовой информации между процессорами. Это решение устраняет основное препятствие на пути к увеличению масштабов квантовых систем — ограниченную связанность современных архитектур. В отличие от традиционных одноточечных соединений, требующих последовательной передачи данных между узлами, что увеличивает риск ошибок, новая технология поддерживает взаимодействие «всем-с-каждым» при помощи микроволновых фотонов, направленных в нужную сторону. Это создает предпосылки для создания распределённых квантовых сетей процессоров с высокой скоростью передачи данных.

Актуальные квантовые компьютеры, столь же как и их классические аналоги, включают множество компонентов, которые должны эффективно обмениваться информацией. Тем не менее, существующие соединения сверхпроводниковых процессоров работают по принципу прямого соединения между двумя узлами, что при увеличении количества модулей приводит к задержкам и увеличению числа ошибок в передаче данных.

Исследовательская группа из MIT предложила использовать сверхпроводниковый волновод — проводник, который направляет фотоны между любыми подключёнными модулями. Каждый процессор может как отправлять, так и принимать фотоны по заданному направлению.

В экспериментальном исследовании было реализовано соединение двух модулей, каждый из которых содержал четыре кубита. Эти кубиты служат интерфейсами: они конвертируют информацию в фотоны для передачи по волноводу и обратно. Ключевую роль сыграл метод управления фазой микроволновых импульсов, что позволяло направлять фотоны согласно заданной ориентации. Используя обратное согласование во времени, удалось обеспечить поглощение фотона на удалённом модуле. Для повышения точности этого процесса исследователи применили алгоритм обучения с подкреплением, предварительно корректирующий форму фотонов и компенсирующий возможные искажения в волноводе, что увеличило эффективность поглощения до 60%, подтверждая возможность создания устойчивой удалённой запутанности.

«Создавая запутанность между физически не соединёнными кубитами, мы формируем основу для параллельных операций в расширяемой сети», — пояснила Беатрис Янкелевич, соавтор исследования. В ходе эксперимента модули делили фотон на «половинки», устанавливая квантовую корреляцию даже в случае исчезновения частицы. Этот подход сохраняет связь между процессорами, что критично важно для совместных вычислений.

Перспективным шагом станет расширение числа модулей в сети и переход на трёхмерную архитектуру интеграции компонентов для снижения потерь. «Наша архитектура позволяет произвольно выбирать пары для запутывания, что существенно для гибкости конфигураций», — отметила Азиза Альманкли, ведущий автор исследования. По её словам, технология может быть применима не только к сверхпроводниковым системам, но и к иным платформам, включая будущий квантовый интернет.

Источник: iXBT