Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили новое устройство для многосторонней передачи квантовой информации между процессорами. Разработка решает ключевую проблему масштабирования квантовых систем — ограниченную связность существующих архитектур. В отличие от традиционных точечных соединений, требующих последовательных передач между узлами с накоплением ошибок, новая технология поддерживает взаимодействие «все-ко-всем» через управляемое направление микроволновых фотонов. Это открывает путь к созданию распределённых сетей квантовых процессоров с высокой пропускной способностью.

Современные квантовые компьютеры, как и их классические аналоги, состоят из множества компонентов, которые должны эффективно обмениваться данными. Однако сегодняшние соединения между сверхпроводящими процессорами работают по принципу прямой связи между двумя узлами. При увеличении числа модулей такая схема приводит к задержкам и росту ошибок.

Команда MIT предложила использовать сверхпроводящий волновод — проводник, который направляет фотоны между любыми подключёнными модулями. Каждый процессор может как излучать, так и поглощать частицы по заданному пользователем направлению.

В эксперименте учёные соединили два модуля, каждый из которых содержит четыре кубита. Эти кубиты выполняют роль интерфейсов: они преобразуют информацию в фотоны для передачи по волноводу и обратно. Ключевым стал метод управления фазой микроволновых импульсов, позволяющий излучать фотоны в нужном направлении. Инвертирование импульсов во времени дало возможность поглотить частицу на удалённом модуле. Для повышения точности поглощения исследователи применили алгоритм обучения с подкреплением, который предварительно корректировал форму фотонов, компенсируя искажения в волноводе. Это увеличило эффективность поглощения до 60%, что подтвердило возможность создания стабильной удалённой запутанности.

«Генерируя запутанность между несвязанными физически кубитами, мы получаем основу для параллельных операций в масштабируемой сети», — поясняет соавтор работы Беатрис Янкелевич. В эксперименте модули делили фотон на «половины», создавая квантовую корреляцию даже после исчезновения частицы. Такой подход сохраняет связь между процессорами, что критично для совместных вычислений.

Следующим шагом станет увеличение числа модулей в сети и переход к трёхмерной интеграции компонентов для снижения потерь. «Наша архитектура позволяет произвольно выбирать пары для запутывания, что важно для гибких конфигураций», — отмечает ведущий автор Азиза Альманкли. По её словам, технология применима не только к сверхпроводящим системам, но и к другим платформам, включая будущий квантовый интернет.