В исследовании подчеркивается возможность создания вентилей кубитов, устойчивых к форме сигнала.

Квантовые компьютеры, машины, использующие преимущества квантовых состояний для выполнения вычислений и хранения данных, могут вскоре произвести революцию в вычислительной индустрии, достигнув гораздо более высоких скоростей и производительности, чем сегодняшние компьютеры. В то время как бесчисленное количество компаний по всему миру, включая Google и IBM, а также более мелкие стартапы, начали работу над квантовыми технологиями, точная структура, которая приведет к их массовому производству, остается неясной.

Исследователи из Университета Лейбница в Ганновере недавно провели теоретическое исследование, изучающее возможность реализации вентилей летающих кубитов для квантовых компьютеров, на которые не влияют формы волны. Фотоны, а также полностью сохранять эти формы при обработке. Их статья была опубликована в Письма о физическом обзореможет послужить основой для разработки новых затворов, способных обрабатывать запутанные световые волны более эффективно, чем незапутанные.

«Есть много архитектур-кандидатов для разработки квантовых технологий, включая сверхпроводники, ионные ловушки, твердое состояние, оптические и т. д.», — рассказал Phys.org Игорь Бабушкин, один из исследователей, проводивших исследование. Независимо от того, какую архитектуру мы рассматриваем, фотоны и квант света будут играть важную роль, потому что во всех архитектурах посредниками между битами квантовой информации (кубитами) являются фотоны».

Оптические квантовые компьютеры здесь остаются отдельными, потому что фотоны не только опосредуют взаимодействие между кубитами; Они также сами являются кубитами. Поскольку на фотоны не влияет декогеренция (процесс, посредством которого окружающая среда взаимодействует с кубитами и изменяет их квантовые состояния, вызывая потерю информации, которую они хранят), они идеально подходят для безопасной передачи квантовой информации.

«Для фотонов декогеренция не проблема, потому что фотоны не взаимодействуют с фотонами и почти не взаимодействуют с материей», — пояснил Бабушкин. «Однако это становится проблемой, как только мы хотим манипулировать фотонами: отсутствие взаимодействия затрудняет манипулирование фотонами и тем самым затрудняет квантовые вычисления. Несмотря на это, команды по всему миру продолжают проводить исследования в этом направлении, потому что фотоны считаются манипулятивными. , Информация очень привлекательна, если достижима, поскольку ее можно получить при комнатной температуре».

Есть только один подход Оптическая обработка информации известна как «вычисления на основе измерений». Этот подход требует только линейных элементов, таких как светоделители и измерение вспомогательных фотонов.

Альтернативный метод Когерентное преобразование фотонов (CPC). Это технология, которая усиливает нелинейные фотонные взаимодействия, процессы, посредством которых четыре волны между фотонами смешиваются, используя дополнительный мощный лазерный луч.

Несмотря на различия, эти два различных подхода имеют общие ограничения. Конкретно оба они, как считалось до сих пор, требуют введения «идентичных» (то есть неразличимых и не связанных друг с другом во времени и пространстве) фотонов.

«Это требование необходимо, поскольку в противном случае фотоны становятся различимыми, что нарушает квантовую интерференцию», — сказал Бабушкин. «Это серьезное ограничение, поскольку оно требует, чтобы все фотоны производились с помощью полностью независимых, но идентичных источников фотонов. Создание множества идентичных фотонов — непростая задача».

Бабушкин и его коллеги показывают в своей статье, что этого можно достичь с помощью метода, отличного от метода CPC. В частности, они теоретически демонстрируют, что CPC можно использовать для создания одинаково хорошо функционирующих вентилей летающих кубитов с коррелированными, несогласованными и различимыми фотонами, сохраняя при этом их пространственно-временные оптические свойства во время работы. Для этого они использовали вариант подхода CPC Предложено командой из Университета Маккуори и Имперского колледжа..

«При таком подходе взаимодействующие фотоны и мощная лазерная накачка распространяются с разной скоростью и в какой-то момент встречаются», — сказал Бабушкин. «Мы показали, что в этом случае взаимодействие фотонов проявляется в виде резкой границы взаимодействия, которая может составлять всего сотни аттосекунд во времени (одна аттосекунда равна 10).^-18 секунды) и несколько нанометров в пространстве. Размер этого фронта определяется максимальной скоростью, с которой атомы могут реагировать на оптическое возбуждение».

Бабушкин и его коллеги показали, что, используя их подход, когда форма волны (то есть форма импульса) взаимодействующих фотонов намного превышает аттосекундный масштаб, что всегда имеет место для оптических частот, отдельные части световых волн самостоятельно обработаны. В результате форма волны фотонов в системе остается неизменной.

«Мы считаем, что нашим главным достижением является то, что мы показали, что можно создавать вентили, которые работают независимо от формы волны и устойчивы к форме волны», — сказал Бабушкин. «Такая возможность не была ясной, и, наоборот, такие ворота считались невозможными».

В дальнейшем гипотеза, выдвинутая этой группой исследователей, может быть экспериментально проверена в лаборатории, чтобы подтвердить правильность их теоретических предсказаний. Если да, то их работа может проложить путь к разработке более эффективных систем оптической обработки информации.

«В качестве следующего шага в нашем исследовании мы попытаемся эмпирически реализовать представленные нами теоретические концепции», — добавил Бабушкин. «Если мы добьемся успеха, мы распространим результат одиночного вентиля на полный кадр, в котором все вычисления выполняются устойчивым к форме волны способом. В отдаленном будущем это может привести к более простой реализации чисто квантовых компьютеров».

© 2022 Наука Х Сеть