Die Quantenzustände von Qubits – eine bedingte Ähnlichkeit mit den Gates von Transistoren in Quantencomputern – werden durch geringe Temperaturschwankungen oder mechanische Schwingungen fast augenblicklich gestört. Eine Arbeitsumgebung für Quantensysteme kann nur unter Bedingungen unvorstellbarer Isolation von allen äußeren Einflüssen geschaffen werden. All dies führt dazu, dass Quantensysteme extrem umständlich und schlecht skalierbar sind. Wissenschaftler aus den USA haben eine Lösung für dieses Problem vorgeschlagen.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Stanford University löste beide Probleme moderner Quantensysteme auf einmal - sie schlugen eine originelle Lösung vor, um das Design des Systems zu vereinfachen und es zu skalieren. Ein Artikel über das Werk ist in der Optica-Ausgabe abgedruckt und unter diesem Link verfügbar:
https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-8-12-1515&id=465446
„Wenn man einen solchen [photonischen] Quantencomputer bauen wollte, müsste man normalerweise Tausende von Quantenemittern nehmen, sie perfekt einheitlich machen und sie dann in einen riesigen photonischen Schaltkreis integrieren“, sagt Ben Bartlett, Lead Autorenforschung. "Bei diesem Design benötigen wir jedoch nur eine Handvoll relativ einfacher Komponenten und die Größe der Maschine wächst nicht mit der Größe des Quantenprogramms, das Sie ausführen möchten."
Alles was man braucht, um ein System zu schaffen, sagen die Erfinder, sind ein Glasfaserkabel, ein Strahlteiler, zwei optische Schalter und ein optischer Resonator, die alle im Handel erhältlich sind. Darüber hinaus ermöglicht das vorgeschlagene Schema, die Anzahl der Logikelemente (Gatter) im System zu reduzieren.
In der von Forschern vorgeschlagenen Architektur eines Quantensystems wechselwirkt ein Atom (Qubit) nicht mit einem Photon (auch Qubit) und geht damit in einen verschränkten Zustand über, sondern mit einer ganzen Reihe von Photonen. Die Photonen werden nach der Kopplung in einen Ringwellenleiter geleitet und können im weiteren Verlauf des Quantenalgorithmus verwendet werden. Um die Konfiguration einer solchen Quantenplattform zu ändern (lesen - um die Anfangsbedingungen der Simulation zu ändern), ist es nur notwendig, den Algorithmus für die Wechselwirkung eines Atoms mit bestimmten Photonen in einer Reihe zu ändern. In einer modernen Quantencomputing-Anlage würde dies einen physischen Wiederaufbau des Systems erfordern – das erneute Anschließen vieler Geräte und das Umleiten der Photonenspuren.
Im Allgemeinen besteht das vorgeschlagene Design aus zwei Hauptteilen: einem Ring, der Photonen speichert, und einer Streuvorrichtung. Die Photonen sind Qubits, und die Richtung ihrer Bewegung entlang des Rings bestimmt, ob ihr Wert gleich eins oder null ist, oder beides, wenn sie sich gleichzeitig in beide Richtungen bewegen, was dem Phänomen der Überlagerung entspricht.
Um Informationen über Photonen zu kodieren, leitet das System sie vom Ring zur Streueinheit, wo sie in ein Volumen mit einem Atom fallen. Wenn ein Photon mit einem Atom wechselwirkt, verschränken sie sich oder, einfacher gesagt, ihre Quantenzustände werden gebunden und können nicht isoliert voneinander dargestellt werden. Daher beeinflusst der Aufprall auf eines der verbundenen Teilchen sofort das andere, unabhängig davon, wo es sich befindet - dies ist die sogenannte Quantenteleportation. Das gebundene Photon kehrt in die optische Schleife zurück, aber sein Zustand kann geändert werden, indem man mit einem Laser auf das Atom einwirkt und so die gesamte Photonenkette programmiert.
Um die Anzahl der Qubits in einem solchen System zu erhöhen, reicht es aus, der Schleife einfach mehr Photonen hinzuzufügen und das System nicht physisch zu erhöhen - fügen Sie neue Schleifen, Reflektoren und mehr hinzu. Ganz einfach, sagen die Forscher. Dies ist ein interessanter Weg und sie werden versuchen, ihn weiter zu verfolgen.
2021-11-30 15:32:16
Autor: Vitalii Babkin