Домой » Наука » Квантовые затворы между атомами и фотонами могут помочь при разработках квантовых компьютеров

Квантовые затворы между атомами и фотонами могут помочь при разработках квантовых компьютеров

Опубликовано: 05.09.2018

Просмотров: 63

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, средний балл: 5,00 из5)
Загрузка...
 
 

Квантовые затворы между атомами и фотонами могут помочь при разработках квантовых компьютеров

Квантовые компьютеры будущего будут выполнять вычисления, которые не могут быть выполнены на современных компьютерах. Вероятно, это может включать в себя возможность взломать шифрование, которое в настоящее время используется для защищенных электронных транзакций, а также средства для эффективного решения громоздких проблем, в которых число возможных решений возрастает экспоненциально. Исследования в лаборатории квантовой оптики профессора Барака Даяна (Barak Dayan) из Института науки Вейцмана (Weizmann Institute of Science) могут способствовать созданию таких компьютеров на один шаг ближе, предоставляя «квантовые ворота», необходимые для общения внутри и между такими квантовыми компьютерами.

В отличие от сегодняшних электронных битов, которые могут существовать только в одном из двух состояний, нулевые или одноквантовые биты, известные как кубиты, также могут быть в состояниях, которые одновременно соответствуют нулю и единицы. Это называется квантовой суперпозицией, и это дает кубитам преимущество, поскольку компьютер, изготовленный из них, может выполнять многочисленные вычисления параллельно.

Существует только один минус: состояние квантового состояния суперпозиции может существовать только до тех пор, пока внешний мир не будет наблюдаться или измеряться каким-либо образом; в противном случае все возможные состояния сворачиваются в один. Это приводит к противоречивым требованиям: для того, чтобы кубиты существовали в нескольких состояниях сразу, они должны быть хорошо изолированы, но в то же время им необходимо взаимодействовать и общаться со многими другими кубитами. Вот почему, хотя в нескольких лабораториях и компаниях по всему миру уже продемонстрированы мелкомасштабные квантовые компьютеры с несколькими десятками кубитов, задача расширения их до желаемого масштаба миллионов кубитов остается серьезным научным и технологическим препятствием.

Одним из перспективных решений является использование изолированных модулей с небольшим количеством управляемых чисел кубитов, которые могут связываться между собой при необходимости с оптическими линиями связи. Затем информация, хранящаяся в материальном кубите (например, один атом или ион), переносится на «летающий кубит» — одну частицу света, называемую фотоном. Этот фотон может быть отправлен через оптические волокна в отдаленный материальный кубит и передать его информация, не позволяющая окружающей среде ощущать природу этой информации. Задача создания такой системы состоит в том, что одиночные фотоны несут чрезвычайно малое количество энергии, а мини-системы, содержащие материальные кубиты, обычно не сильно взаимодействуют с таким слабым светом.

Лаборатория квантовой оптики Дайана в Институте науки Вейцмана является одной из немногих групп во всем мире, которые полностью сосредоточены над решением вышеуказанной проблемы. Их экспериментальная установка имеет единичные атомы, соединенные с уникальными кремниевыми резонаторами микронного масштаба на стружках; и фотоны направляются непосредственно к ним через специальные оптические волокна. В предыдущих экспериментах Даян и его группа продемонстрировали способность их системы функционировать как однофотонный активированный переключатель, а также способ «вырвать» один фотон из вспышки света.

В настоящем исследовании, опубликованном в Nature Physics, Даяну и его команде удалось — впервые создать логические ворота, в которых фотон и атом автоматически обмениваются информацией, переносящейся ними.

«Фотон несет один кубит, а атом — второй кубит, — говорит Даян. — Каждый раз, когда фотон и атом встречаются, они обмениваются кубитами между ними автоматически и одновременно, и фотон затем продолжает свой путь с новым битом информации. В квантовой механике, в которой информация не может быть скопирована или стерта, эта замена информация на самом деле является основной единицей чтения и письма — «родными» воротами квантовой коммуникации».

Этот тип логических ворот — шлюз SWAP — может использоваться для обмена кубитами как внутри, так и между квантовыми компьютерами. Поскольку для этих ворот не требуется никаких внешних полей управления или системы управления, это может позволить построить квантовый эквивалент сетей с очень большой интеграцией.

«Ворота SWAP, которые мы продемонстрировали, применимы к фотонной связи между всеми типами кубитов на основе материи — не только атомами, — сказал по этому поводу Даян. — Поэтому мы считаем, что это станет важным строительным блоком в следующем поколении квантовых вычислительных систем».

Ранее сообщалось о том, что разработан уникальный способ добычи урана из морской воды.

Теги: , , , , , , , , , , , ,

Автор: Валерий Днепровский
Статей: 432

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован.Необходимы поля отмечены *

*