Ученые нашли фотонную связь, позволяющую создать кремниевый квантовый интернет
Ученые из Simon Fraser University совершили решающий прорыв в развитии квантовых технологий. Их исследование, опубликованное в журнале Nature, описывает наблюдения за более чем 150 000 кремниевых фотонно-спиновых кубитов с «Т-центром», что является важной вехой, открывающей немедленные возможности для создания масштабируемых квантовых компьютеров и квантового интернета, который их соединит.
Квантовые вычисления обладают огромным потенциалом для обеспечения вычислительной мощности, намного превышающей возможности современных суперкомпьютеров, что может способствовать прогрессу во многих областях, включая химию, материаловедение, медицину и кибербезопасность.
Чтобы воплотить это в жизнь, необходимо производить как стабильные, долгоживущие кубиты, обеспечивающие вычислительную мощность, так и технологию связи, позволяющую этим кубитам связываться друг с другом в масштабе.
Прошлые исследования показали, что кремний может производить одни из самых стабильных и долгоживущих кубитов в отрасли.
Теперь новое исследование предоставляет доказательство того, что Т-центры, особый люминесцентный дефект в кремнии, могут обеспечивать «фотонную связь» между кубитами.
«Наша работа является первым изолированным измерением одиночных Т-центров и фактически первым измерением любого одиночного спина в кремнии, которое было выполнено только оптическими измерениями», — говорит автор исследования Стефани Симмонс.
«Излучатель, подобный Т-центру, который сочетает в себе высокопроизводительные спиновые кубиты и генерацию оптических фотонов, идеально подходит для создания масштабируемых распределенных квантовых компьютеров, потому что они могут обрабатывать и обмениваться данными вместе, а не связывать две разные квантовые технологии, одну для обработки и одну для связи».
Кроме того, Т-центры имеют то преимущество, что излучают свет на той же длине волны, что и современные волоконно-оптические коммуникации и телекоммуникационное сетевое оборудование.
«С помощью Т-центров вы можете создавать квантовые процессоры, которые по своей природе взаимодействуют с другими процессорами», — говорит Стефани Симмонс.
«Когда ваш кремниевый кубит может общаться, излучая фотоны (свет) в том же диапазоне, который используется в центрах обработки данных и оптоволоконных сетях, вы получаете те же преимущества для соединения миллионов кубитов, необходимых для квантовых вычислений».
Разработка квантовых технологий с использованием кремния открывает возможности для быстрого масштабирования квантовых вычислений.
Мировая полупроводниковая промышленность уже способна недорого производить кремниевые компьютерные чипы в больших масштабах с ошеломляющей степенью точности. Эта технология составляет основу современных вычислений и сетей, от смартфонов до самых мощных в мире суперкомпьютеров.
«Найдя способ создания процессоров квантовых вычислений в кремнии, вы сможете воспользоваться всеми годами разработок, знаний и инфраструктуры, используемых для производства обычных компьютеров, вместо того, чтобы создавать совершенно новую отрасль для квантового производства», — говорят ученые.
«Это представляет собой почти непреодолимое конкурентное преимущество в международной гонке за квантовый компьютер».
Исследование опубликовано в журнале Nature.