Исследователи из Университета Цинхуа и Хэфэйской национальной лаборатории в Китае продемонстрировали способ детерминированно соединять небольшие группы микроволновых фотонов в более крупные перестраиваемые графовые состояния. В эксперименте возникла многокомпонентная запутанность, охватывающая 13 фотонных кубитов. Статья опубликована 30 сентября 2026 года в Nature Physics, а 9 октября о работе сообщил Phys.org.

Фотонные кубиты кодировали во временных интервалах. Сверхпроводящая схема по запросу создавала небольшие кластерные состояния, после чего выбранные пары летящих микроволновых фотонов проецировали на состояния Белла с помощью недеструктивного измерения. Частотная настройка позволяла выбирать, какие именно фотоны объединять.

Как измерение чётности соединяет два состояния

При обычном измерении квантовое состояние может разрушиться. В этой работе использовали квантовое недеструктивное измерение чётности: устройство определяло, относится ли совместное состояние пары к чётному или нечётному классу, и при этом сохраняло фотоны. Полученный результат позволял связать два исходных графовых состояния, а не уничтожать их перед следующей операцией.

Механизм можно сравнить с соединением двух фрагментов схемы по проверяемому правилу. Представим два небольших узора, у каждого есть выбранная точка стыковки. Если устройство определяет общую чётность пары фотонов, оно не стирает эти точки, а сообщает, как их согласовать. После этого два узора можно рассматривать как части одной более крупной квантовой сети. Это условный пример для объяснения принципа, а не описание отдельного опыта.

Такой подход называют слиянием и описывают как принцип «разделяй и соединяй»: вместо попытки создать большое запутанное состояние за один раз схема собирает его из небольших ресурсных блоков. В обычных оптических протоколах операции слияния часто вероятностны, поэтому неудачные попытки требуют повторений, дополнительного оборудования и ресурсов для управления процессом.

Сверхпроводящие кубиты в новой схеме активно сбрасывали и повторно использовали. По замыслу авторов, это помогает обходить влияние декогеренции, то есть постепенной потери квантовой согласованности. Перестраиваемая структура графовых состояний может быть полезна для вычислений с измерениями и квантовых сетей, где значение имеет не только число кубитов, но и связи между ними.

При этом «детерминированное» здесь описывает принцип операции, а не отсутствие потерь в реальном устройстве. В доступных материалах нет численных данных об эффективности генерации фотонов и детекторов, точности измерения чётности или итоговой верности 13-кубитного состояния. Авторы указывают, что дальше нужно повысить верность устройства, эффективность генерации фотонов и качество детекторов. Для большего числа операций слияния они планируют многодетекторные архитектуры.

Таким образом, эксперимент показал рабочий способ соединять малые фотонные состояния, но сам по себе ещё не подтверждает масштабирование до больших систем с заранее заданной эффективностью. При подготовке научной статьи о таком результате нужно отдельно указывать потери, ошибки и верность состояния. Количественно оценить их по доступному описанию этой работы нельзя.

Схема показывает, как сверхпроводящее устройство создаёт малые фотонные состояния, измеряет чётность выбранной пары без уничтожения фотонов и соединяет исходные состояния в одну графовую структуру.