Вчені у Великій Британії успішно з’єднали два окремі квантові процесори, проклавши шлях до квантового інтернету та, потенційно, квантових суперкомп’ютерів. Збільшення кількості квантових бітів (також відомих як кубіти) у квантовому комп’ютері виявилося складним завданням, оскільки квантові комп’ютери є «шумними» — вони чутливі до будь-яких перешкод від тепла, руху чи електромагнетизму та виходять з ладу набагато частіше, ніж біти в класичних обчисленнях. Чим більше кубітів у квантовому комп’ютері, тим складнішою стає система і тим більшим є ризик декогеренції — втрати квантової інформації — і ресурси, необхідні для запобігання помилкам. Ось чому вчені зосереджуються на створенні надійніших кубітів, перш ніж масштабувати системи до мільйонів кубітів, необхідних для справді корисного квантового комп’ютера. У дослідженні, опублікованому 5 лютого в журналі Nature, вчені запропонували обійти цю проблему масштабованості, з’єднавши окремі квантові процесори разом за допомогою існуючого волоконно-оптичного кабелю, тим самим збільшуючи кількість доступних кубітів. Це важливий крок у демонстрації можливості розподілених квантових обчислень (РКО), за яких квантові процесори з’єднуються разом для виконання обчислень. РКО дозволить кільком квантовим процесорам працювати разом для вирішення дедалі складніших задач за набагато менший час, ніж це було б потрібно класичним суперкомп’ютерам. Вчені описали, як вони з’єднали два квантові процесори – під назвою Alice and Bob (не плутати з компанією квантових обчислень Alice & Bob) за допомогою фотонного мережевого інтерфейсу (оптичних волокон). Надсилання квантових алгоритмів через фотонний мережевий інтерфейс дозволило двом квантовим процесорам спільно використовувати ресурси та працювати як єдине ціле. Розподілені обчислення майбутнього З’єднавши два процесори таким чином, вчені також змогли передавати фотони разом із квантовою інформацією та, вперше, квантовим алгоритмом. Такі алгоритми – це обчислювальні функції, які дозволяють квантовим комп’ютерам розв’язати проблеми. Вони були отримані шляхом використання явища квантової заплутаності між фотонами. Квантові процесори також можуть працювати разом над тестовою задачею, використовуючи алгоритм пошуку Гровера — квантовий алгоритм, розроблений для пошуку «голки в копиці сіна»; пошуку певного фрагмента інформації у великому пулі несортованих даних. Цей прорив є ключовим для вирішення проблеми масштабованості в квантових обчисленнях. Замість однієї машини, що містить мільйони кубітів, яка була б масивною та громіздкою, нова техніка дозволяє проводити обчислення, розподілені між багатьма меншими процесорами. Використовуючи невеликі модулі кубітів із захопленими іонами, з’єднаних оптичними кабелями, вона дозволяє переплутати кубіти в окремих QPU. Додатковою перевагою підключення процесорів у системі DQC є простота обслуговування, оскільки модулі можна оновлювати або замінювати, не порушуючи роботу решти системи. Оскільки відстань між двома квантовими процесорами (QPU) становила лише 2 метри, майбутні випробування цієї технології вимагатимуть розширення робочої відстані, щоб забезпечити стабільність з’єднання на набагато більших відстанях. Квантові ретранслятори, які збільшують дальність передачі квантової інформації, також можуть бути включені до майбутніх систем. Додавання більшої кількості квантових процесорів стало б додатковим доказом того, що DQC буде життєздатним рішенням для створення квантових суперкомп’ютерів. Так само як сучасні суперкомп’ютери є сотнями класичних процесорів, з’єднаних разом, теоретично можливо створити квантовий суперкомп’ютер, з’єднавши квантові процесори разом на величезних відстанях. Як доказ концепції, експеримент довів життєздатність DQC. Він також створює основу для безпечного квантового інтернету, який може забезпечити безпечніший метод передачі інформації, оскільки квантові процесори в різних місцях можна було б використовувати для побудови безпечної мережі зв’язку. У своїй заяві Девід Лукас, головний дослідник дослідницької групи та провідний науковець Центру квантових обчислень та моделювання у Великій Британії, заявив, що експеримент команди «демонструє, що розподілена мережею квантова обробка інформації можлива за допомогою сучасних технологій». Однак Лукас визнав, що ще багато роботи потрібно виконати, перш ніж квантові комп’ютери стануть доступними для практичного застосування. «Масштабування квантових комп’ютерів залишається складним технічним завданням, яке, ймовірно, вимагатиме нових фізичних знань, а також інтенсивних інженерних зусиль протягом наступних років», – сказав він.