Квантовые компьютеры обычно требуют точного управления импульсами, измерений и постоянной подстройки, чтобы связать удалённые кубиты. Физики нашли другой путь: окружающая кубиты среда сама создаёт и поддерживает квантовую запутанность . В лабораторном эксперименте два разнесённых сверхпроводящих кубита удалось перевести в устойчивое запутанное состояние без непрерывной последовательности управляющих команд.
Исследователи из Института науки и технологий Австрии вместе с коллегами из Германии и Испании создали специальный квантовый резервуар, который авторы называют «квантовой ванной». Вместо обычного источника шума среда постоянно снабжает кубиты коррелированными микроволновыми фотонами. Поток света постепенно подталкивает оба кубита к общему запутанному состоянию и затем помогает удерживать связь. Результаты исследования опубликованы 13 июля 2026 года в Physical Review X.
В эксперименте использовались два пространственно разделённых сверхпроводящих трансмонных кубита. Коррелированные микроволновые фотоны создавал джозефсоновский параметрический преобразователь. Каждый поток фотонов направлялся к своему кубиту, но квантовые корреляции между потоками связывали поведение обеих систем. В результате взаимодействие с общей средой формировало стационарное запутанное состояние без точно синхронизированных управляющих импульсов.
Подход необычен из-за роли окружающей среды. Для квантовых устройств внешнее окружение обычно считается врагом: шум и взаимодействие с ним разрушают хрупкие квантовые состояния и вызывают декогеренцию. Авторы превратили среду в полезный инструмент, специально настроив взаимодействие так, чтобы рассеяние энергии приводило не к разрушению запутанности, а к её стабилизации.
Схема решает ещё одну фундаментальную проблему. Коррелированные световые поля сравнительно удобно создавать в непрерывной форме, где квантовые параметры меняются плавно. Кубиты работают с дискретными состояниями, необходимыми для большинства квантовых вычислений. Квантовая ванна фактически выступает преобразователем: непрерывные корреляции микроволнового поля переходят в дискретную запутанность между двумя неподвижными кубитами.
Идея появилась более 20 лет назад. В 2004 году теоретики Барбара Краус и Игнасио Сирак предложили распределять дискретную запутанность с помощью сжатого света. Реальный эксперимент оказался значительно сложнее идеализированной модели. Австрийская группа смогла подобрать параметры системы, при которых один источник коррелированных фотонов действительно создаёт устойчивую связь между отдельными кубитами.
Для проверки состояния физики применили квантовую томографию. Множество измерений длительностью от 20 до 80 наносекунд позволило реконструировать состояние двух кубитов и подтвердить наличие запутанности. Само измерение разрушает отдельное квантовое состояние, поэтому исследователи многократно повторяли эксперимент и восстанавливали общую картину статистически.
Главное преимущество метода связано не только с автоматизацией. Обычная запутанность может существовать недолго, поэтому квантовый процессор должен успеть использовать связь до распада состояния. Квантовая ванна непрерывно возвращает систему к нужному состоянию, благодаря чему запутанность способна сохраняться дольше собственного времени жизни отдельных кубитов и оставаться доступным ресурсом для последующих операций.
До практического применения остаётся значительный запас работы. Экспериментальная установка передаёт кубитам около 10% доступной запутанности квантового резервуара, поэтому методы с активным управлением пока работают эффективнее. Неясно также, сможет ли постоянно включённая квантовая ванна поддерживать связь во время реальных вычислений. Непрерывное микроволновое воздействие может помешать операциям, при которых запутанность потребуется перенести на другие кубиты или использовать внутри алгоритма.
Интерес к автономной запутанности усиливает независимый результат другой группы. Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне почти одновременно продемонстрировали собственный способ стабилизации удалённых сверхпроводящих кубитов без точно рассчитанных последовательностей импульсов. Американское физическое общество рассматривает две работы вместе как разные реализации одной перспективной идеи: вместо постоянного управления заставить физику самой удерживать квантовую систему в нужном состоянии.
Авторы австрийского эксперимента считают, что один источник коррелированных фотонов в перспективе сможет обслуживать сразу несколько пар кубитов. Подобная архитектура интересна для модульных квантовых компьютеров, где небольшие процессоры потребуется соединять в более крупные системы. Если эффективность передачи запутанности удастся заметно повысить, квантовые резервуары могут упростить создание межмодульных соединений и снизить объём управляющей электроники, необходимой для масштабных квантовых процессоров.