Физики сохранили квантовую запутанность между удалёнными атомами примерно на 10 секунд. Для квантовой сети это огромный запас времени: созданное состояние прожило более чем в 100 раз дольше, чем потребовалось на его подготовку. Исследователи также смогли объединить в общее состояние до четырёх кубитов из атомов двух разных элементов.

Секрет оказался в разделении обязанностей. В каждом из двух узлов учёные поместили по одному иону стронция-88 и кальция-43. Стронций создавал связь между удалёнными частями системы, а кальций хранил полученное квантовое состояние. Такая схема позволила использовать сильные стороны обоих элементов вместо попытки заставить один тип атомов одинаково хорошо справляться со всеми задачами.

Сначала исследователи заставляли ионы стронция испускать фотоны и направляли свет по оптоволокну. Взаимодействие фотонов позволяло запутать два удалённых иона. Затем с помощью логических операций квантовое состояние переносили на находившийся рядом кальций. В эксперименте учёные получили запутанные состояния из двух, трёх и четырёх кубитов, распределённых между отдельными узлами.

Кальций здесь играет роль квантовой памяти. Выбранные состояния кальция-43 слабее реагируют на шум магнитного поля, который постепенно портит хрупкое квантовое состояние. После переноса информации на кальций удалённая запутанность сохранялась около 10 секунд, тогда как сетевые кубиты на стронции удерживают её гораздо меньше.

Десять секунд звучат скромно по меркам обычной электроники, но для квантовой сети разница огромна. Узлам будущего распределённого квантового компьютера нужно успевать выполнять локальные операции, создавать новые соединения и обмениваться квантовой информацией, пока уже подготовленное состояние не разрушил шум. Чем дольше работает память, тем больше операций система успевает провести.

Эксперимент также показал, что одну квантовую сеть можно строить из разных физических компонентов. Одни атомы удобнее взаимодействуют со светом и помогают передавать квантовое состояние на расстояние, другие лучше подходят для хранения и обработки информации. Такой принцип может упростить создание распределённых квантовых компьютеров, сетей точных датчиков и систем, которые сравнивают показания удалённых атомных часов.

При этом результат нельзя описывать как 10 секунд запутанности «без распада». Состояние постепенно теряет качество под действием окружающей среды, а исследователи измеряют, как долго его ещё можно надёжно обнаружить и использовать. Главный результат работы в другом: квантовую связь между разными узлами удалось перенести в более устойчивую память и сохранить на время, которое уже намного превосходит длительность её создания.