Новое поколение оптических устройств для квантовых компьютеров

Ученые показали квантовые операции новых компонентов, которые сделают возможным создание компактных схем для фотонных квантовых компьютеров.

Квантовые компьютеры благодаря мощному потенциалу в области вычислений являются целью множества международных групп ученых уже несколько лет. Ряд прорывов уже был сделан, но многое только предстоит открыть.

Создание квантового компьютера требует большого количества связанных компонентов — ворот — которые работают способом, похожим на тот, что используют все современные микропроцессоры. Сегодня большинство квантовых ворот — структуры массивные, что мешает построению больших схем, требуемых для практического применения.

Недавно исследователи из Центра квантовой фотоники университета Бристоля показали, что квантовыми данными можно манипулировать с помощью интегрированных фотонных схем. Такие схемы компактны, а значит им есть куда расти, и стабильны (с низким уровнем шумов), а потому уже в ближайшем будущем они могу привести к массовому производству процессоров для квантовых компьютеров.

Теперь ученые в сотрудничестве с доктором Терри Рудольфом из Имперского Лондонского колледжа продемонстрировали новый класс интегрированных разделений, которые обещают дальнейшее сокращение числа компонентов, используемых для построения будущих квантовых схем. Результаты работы опубликованы в издании Nature Communications.

Эти устройства, основанные на оптической мультимодальной интерференции, широко используются в классической оптике, поскольку они компактны и просты в изготовлении.

«В то время как построение сложной квантовой сети требует большого количества основных компонентов, мультимодальная интерференция может позволить реализацию и с меньшим количеством ресурсов», сообщил докторант Альберто Перуццо.

До сих пор не было понятно, как эти устройства будут работать в квантовом режиме. Бристольские ученые показали, что мультимодальная интерференция способна выполнять квантовую интерференцию с требуемой высокой точностью.

Теперь ученые могут создавать более компактные фотонные схемы для квантовых вычислений. Мультимодальная квантовая интерференция может производить больше сцепленных состояний, с экспоненциальным ускорением, обещанным квантовыми вычислениями.

„Диапазон применений — от новых схем квантовых вычислений до высокоточного измерения и обеспечения квантовых связей“, сказал профессор Джереми О'Брайен, руководитель Центра квантовой фотоники.

Теперь ученые с помощью устройств мультимодальной интерференции планируют построить новые сложные схемы для квантового вычисления и квантовой метрологии.

03.03.2011