Тысяча скрипачей играют одну ноту. Каждый слышит только соседа, но в зале рождается единый звук. Примерно так устроен квантовый повторитель из атомных ансамблей: облака из тысяч атомов обмениваются квантовой запутанностью — связью, при которой состояние одной частицы мгновенно определяет состояние другой, даже на расстоянии.
До сих пор запутанность раздавали по одному кубиту (квантовому биту), как если бы оркестр играл по одной скрипке. В новой схеме каждый ансамбль выступает как единый кудит — квантовая система с множеством уровней. Запутанность между крайними ансамблями создаётся так: соседние облака взаимодействуют, затем промежуточные узлы измеряются определённым образом, и крайние оказываются связанными. Это похоже на то, как дирижёр, взмахнув палочкой, заставляет весь оркестр играть согласованно, хотя музыканты его не видят.
Главный враг запутанности — декогеренция: шум, который разрушает квантовую согласованность, как уличный гул заглушает тихую мелодию. Оказалось, что при умеренном шуме (дефазировка γ ≤ 10⁻²) запутанность почти не страдает в «магические времена» — моменты, когда время взаимодействия составляет рациональную долю от π, например π/2 или 2π/3. В эти мгновения оркестр словно попадает в резонанс, и даже лёгкий шум не сбивает строй.
Раньше было неясно, выживет ли макроскопическая запутанность при реалистичных размерах ансамблей и шуме. Теперь видно: даже для миллиона атомов и умеренной дефазировки связь сохраняется. Это не просто красивая математика — инженеры, строящие квантовые повторители, получают количественные ориентиры: какие размеры облаков допустимы, какой шум терпим, какие моменты времени выбирать для измерений.
Практического применения у такой запутанности пока не видно. Но музыка уже звучит: оркестр без дирижёра не смолкает от лёгкого шума.
Кривая запутанности напоминает «дьявольскую лестницу»: провалы возникают точно в моменты, когда время взаимодействия составляет рациональную долю от π. С ростом числа атомов эти провалы становятся всё плотнее, как зубья расчёски с шагом 1/N.