Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) представили устройство, позволяющее квантовым процессорам (QPU) обмениваться данными напрямую. Это открытие устраняет ключевое препятствие на пути к созданию масштабируемых квантовых систем, способных превзойти классические суперкомпьютеры.
Проблема квантовой связи
Современные квантовые компьютеры используют точечную (point-to-point) передачу данных между QPU. Информация проходит через цепочку узлов, что увеличивает риск ошибок из-за декогеренции — потери квантовых состояний под воздействием шума. По данным IBM, до 40% вычислительных ресурсов тратится на коррекцию таких ошибок.
"Удаленная запутанность — это мост между изолированными квантовыми процессорами. С ним мы можем создавать сети, где каждый QPU взаимодействует с любым другим напрямую", — Уильям Д. Оливер, соавтор исследования.
Как работает "все-ко-всем" соединение
Команда MIT разработала модульную систему на основе сверхпроводящего волновода:
- Каждый модуль содержит 4 кубита: 2 для передачи фотонов, 2 для хранения данных
- Микроволновые импульсы заставляют кубиты испускать фотоны в волновод
- Фотоны движутся в любом направлении, соединяя произвольные пары QPU
В эксперименте ученые добились 60% эффективности поглощения фотонов — рекорд для подобных систем. Для сравнения: предыдущие методы обеспечивали не более 30%.
Квантовая запутанность на расстоянии
Ключевой прорыв — технология "прерываемого импульса":
- Кубит начинает испускать фотон, но процесс останавливают на середине
- 50% фотона остается в исходном модуле, 50% поглощается принимающим
- Модули оказываются запутанными через общий фотон
Чтобы компенсировать искажения фотонов в волноводе, ученые предварительно "деформировали" их, используя алгоритмы машинного обучения. Это повысило стабильность передачи в 2.3 раза.
Перспективы для индустрии
Технология MIT уже привлекла внимание Google Quantum AI и IBM. В 2024 году Китай инвестировал 15 млрд юаней в аналогичные исследования, но американская разработка оказалась на 18 месяцев впереди.
По прогнозам McKinsey, к 2030 году глобальный рынок квантовых вычислений достигнет $1.3 трлн. Новая архитектура MIT может сократить сроки создания практичных квантовых суперкомпьютеров с 15 до 7-8 лет.
Что это значит для науки
- Ускорение разработки лекарств: моделирование молекул станет в 1000 раз быстрее
- Прорыв в криптографии: взлом RSA-2048 за минуты вместо миллиардов лет
- Искусственный интеллект: обучение нейросетей за часы вместо месяцев
Как отмечает Азиза Альманкли, ведущий автор исследования: "Наш протокол применим не только для QPU, но и для квантового интернета. Это фундамент для сетей нового типа".