«64-мерное квантовое пространство» ускоряет квантовые вычисления

Ученые продемонстрировали мощную технику, которая позволит квантовым компьютерам хранить гораздо больше информации в фотонах света. Им удалось закодировать восемь уровней данных в фотоны и легко прочитать их, что представляет собой экспоненциальный скачок по сравнению с предыдущими системами.

Традиционные компьютеры хранят и обрабатывают информацию в двоичных битах, которые могут содержать значение нуля или единицы.

Квантовые компьютеры резко повышают эту мощность благодаря своим квантовым битам или кубитам, которые могут хранить значения нуля, единицы или обоих значений одновременно.

Но развивающаяся версия кубитов, известная как qudits, еще лучше. Вместо двух значений, таких как кубиты, кудиты теоретически могут содержать десятки различных значений, что значительно увеличивает возможности обработки и хранения данных.

Более того, кудиты более устойчивы к внешнему шуму, который может нарушить работу кубитов.

Но, конечно, есть одна загвоздка: сложно измерить и прочитать данные, хранящиеся в кудитах. Поэтому для нового исследования ученые разработали метод более надежного создания и чтения кудитов.

Термин «кудит» обозначает единицу квантовой информации, которая может быть реализована в подходящих квантовых системах d -уровня. Регистр кубита, который можно измерять до N состояний, идентичен кудиту N -го уровня.

В своих экспериментах они генерировали кудиты, каждый из которых мог содержать до восьми уровней информации, и квантово запутывали их попарно, чтобы создать 64-мерное квантовое пространство. По их словам, это в четыре раза больше, чем в предыдущих исследованиях.

Эксперименты начинаются с освещения лазером микрокольцевого резонатора, который представляет собой небольшую круглую структуру, производящую пары фотонов с восьмимерными состояниями. Цветовые частоты этих пар запутаны, создавая квантовое пространство, которое теоретически может содержать до 64 значений данных.

Исследователи использовали электрооптический фазовый модулятор, чтобы по-разному смешивать разные частоты света, а затем формирователь импульсов модифицировал фазу этих частот.

Эти инструменты уже часто используются в телекоммуникациях, но в данном случае ученые выполняли операции наугад. Это порождает множество различных типов частотных корреляций, которые затем анализировались с помощью статистических методов и моделирования, чтобы найти те, которые лучше всего подходят для квантовых информационных систем.

В будущих экспериментах команда планирует отправить эти запутанные фотоны по оптическим волокнам для проверки таких вещей, как квантовая телепортация и обмен запутанностью, которые будут полезными протоколами для квантовой связи.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.