Компания IonQ установила новый рекорд скорости квантовой связи, создав канал между двумя принципиально разными кубитами. Экспериментальная система формирует более 1000 квантовых соединений в секунду, что в четыре раза превосходит предыдущий рекорд для ионных технологий.
Разработчики продемонстрировали соединение между захваченным в электромагнитной ловушке ионом и квантовой памятью на основе алмаза. Вместо электрических проводников система использует фотоны, то есть частицы света. Такой подход позволяет связывать вычислительные элементы, построенные на разных физических принципах, и потенциально объединять отдельные квантовые процессоры в большие вычислительные комплексы.
Главный результат эксперимента заключается не просто в скорости передачи. Исследователи научились создавать между двумя системами квантовую запутанность с частотой около тысячи событий в секунду. При запутанности состояния двух частиц оказываются взаимосвязаны, даже если частицы физически разделены. Такая связь необходима для совместного выполнения квантовых операций на разных процессорах, хотя сама по себе не позволяет мгновенно передавать обычную информацию.
Согласно научной работе, опубликованной 7 октября 2026 года, средняя скорость составила 1,03 килогерца, или примерно 1030 событий запутанности в секунду. Точность полученных квантовых состояний достигла 87,9%. Иными словами, система формирует одну запутанную пару приблизительно за миллисекунду, но качество таких пар пока не идеально. Результаты получены на реальном оборудовании с учётом потерь при преобразовании и передаче фотонов.
Для эксперимента учёные использовали ион бария-138 и так называемый SiV-центр, особый дефект в кристаллической решётке алмаза, связанный с атомом кремния. Ионы в ловушках способны сравнительно долго сохранять квантовые состояния, необходимые для вычислений. Алмазные центры эффективно взаимодействуют со светом и могут служить квантовой памятью. Разработчики объединили преимущества двух технологий в одной оптической архитектуре.
Связь работает следующим образом. Ион испускает фотон, после чего специальное оборудование преобразует его длину волны и способ кодирования квантовой информации. Затем световая частица взаимодействует с алмазным центром внутри нанофотонного резонатора. Регистрация фотона позволяет установить, что между ионом и центром памяти возникло запутанное состояние. Таким способом исследователи соединяют два разных типа кубитов без непосредственного физического контакта.
Прежний рекорд скорости оптического соединения ионных кубитов принадлежал исследовательской группе Криса Монро из Университета Дьюка. Новая система превысила показатель примерно в четыре раза. Монро, один из основателей IonQ, также участвовал в нынешней работе. Разработчики считают особенно существенным совпадение времени формирования запутанной пары с длительностью рабочего цикла проектируемых ионных процессоров.
Скорость соединения играет решающую роль при масштабировании квантовых компьютеров. Отдельный квантовый процессор ограничен количеством кубитов, которыми можно управлять без существенного роста ошибок. Объединение нескольких модулей позволяет обойти часть конструктивных ограничений, однако медленная связь способна свести преимущества такой архитектуры на нет. Даже мощные вычислительные блоки будут простаивать, если слишком долго ждать формирования общих квантовых состояний.
IonQ рассчитывает строить распределённые квантовые системы по принципу современных дата-центров, где процессоры, память и сетевое оборудование работают как части единой инфраструктуры. Оптические соединения должны позволить отдельным квантовым модулям совместно выполнять задачи без размещения всех кубитов внутри одного устройства. Разработчики также рассматривают применение технологии в сетях квантовых датчиков, способных координировать измерения на разных площадках.
Компания участвует в программе HARQ американского агентства DARPA, направленной на создание высокоскоростных соединений между квантовыми системами с разной аппаратной архитектурой. Хотя новый эксперимент проводился с ионным кубитом, IonQ предполагает возможность подключения других платформ, включая нейтральные атомы и сверхпроводящие кубиты. Для последних потребуются преобразователи, переводящие микроволновые сигналы в оптические.
Разработка уже выходит за пределы исследовательской лаборатории. В апреле 2026 года IonQ объявила о первой коммерческой продаже системы квантовой памяти и межсоединений Университету Мэриленда, а в сентябре сообщила о продаже ещё одной установки южнокорейской компании SDT. Ранее, также в апреле, IonQ продемонстрировала оптическое соединение двух независимых квантовых систем на захваченных ионах в рамках проекта с исследовательской лабораторией ВВС США.
Новый рекорд пока не означает появления готового распределённого квантового суперкомпьютера. Исследователи подтвердили работоспособность отдельного соединения, но не продемонстрировали масштабную сеть процессоров, выполняющих совместные вычисления. Кроме скорости, инженерам предстоит повысить точность запутанных состояний и обеспечить устойчивую работу множества соединений одновременно. Однако эксперимент показывает, что оптическая связь между разными типами кубитов уже способна работать с частотой, сопоставимой с темпом операций будущих квантовых процессоров.
