Квантовый процессор из лазерного света
Квантовые компьютеры обещают быстрое решение очень сложных задач, но для этого им требуется большое количество квантовых компонентов и они должны быть безошибочными
Международная группа ученых из Австралии, Японии и США разработала прототип крупномасштабного квантового процессора из лазерных лучей.
Основанный на схеме, созданной десять лет назад, процессор имеет встроенную масштабируемость, которая позволяет количеству квантовых компонентов, сделанных из света, масштабироваться до экстремальных чисел. Исследование было опубликовано в журнале Science.
Квантовые компьютеры обещают быстрое решение очень сложных задач, но для этого им требуется большое количество квантовых компонентов и они должны быть безошибочными. Современные квантовые процессоры все еще малы и подвержены ошибкам. Новый дизайн обеспечивает альтернативное решение с использованием света для достижения масштаба, необходимого для того, чтобы в конечном итоге превзойти классические компьютеры в решении важных проблем.
«Хотя современные квантовые процессоры впечатляют, неясно, можно ли масштабировать текущие разработки до чрезвычайно больших размеров», — отмечает доктор Николас Меникуччи, главный исследователь Центра квантовых вычислений и коммуникационных технологий (CQC2T) в Университете RMIT в Мельбурне, Австралия.
«Наш подход начинается с предельной масштабируемости, встроенной с самого начала, потому что процессор, называемый состоянием кластера, сделан из света».
Состояние кластера — это большой набор запутанных квантовых компонентов, который выполняет квантовые вычисления при определенном измерении.
«Чтобы быть полезным для реальных проблем, кластерное состояние должно быть достаточно большим и иметь правильную структуру запутывания. За два десятилетия, с тех пор как они были предложены, все предыдущие демонстрации кластерных состояний потерпели неудачу по одному или обоим из этих факторов», говорит доктор Меникуччи. «Наш первый, кто преуспел в обоих».
Чтобы создать кластерное состояние, специально разработанные кристаллы преобразуют обычный лазерный свет в тип квантового света, называемого сжатым светом, который затем сплетается в кластерное состояние с помощью сети зеркал, светоделителей и оптических волокон.
Схема позволяет провести сравнительно небольшой эксперимент для создания огромного двумерного кластерного состояния со встроенной масштабируемостью. Хотя уровни сжатия — мера качества — в настоящее время слишком низкие для решения практических задач, схема совместима с подходами к достижению самых современных уровней сжатия.
Исследователи говорят, что их достижение открывает новые возможности для квантовых вычислений со светом.
«В нашей работе впервые мы создали крупномасштабное кластерное состояние, структура которого обеспечивает универсальные квантовые вычисления», говорит Хидехиро Йонезава, главный исследователь CQC2T в UNSW, в Канберре. «Наш эксперимент показывает, что этот дизайн выполним — и масштабируем».
«Generation of time-domain-multiplexed two-dimensional cluster state» Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aay2645