Gli stati quantistici dei qubit - una somiglianza condizionale alle porte dei transistor nei computer quantistici - vengono quasi istantaneamente interrotti da piccole fluttuazioni di temperatura o vibrazioni meccaniche. Un ambiente di lavoro per i sistemi quantistici può essere creato solo in condizioni di isolamento inimmaginabile da tutte le influenze esterne. Tutto ciò porta al fatto che i sistemi quantistici sono estremamente ingombranti e poco scalabili. Scienziati degli Stati Uniti hanno proposto una soluzione a questo problema.
Un gruppo di scienziati della Stanford University ha risolto entrambi i problemi dei moderni sistemi quantistici contemporaneamente: hanno proposto una soluzione originale sia per semplificare la progettazione del sistema che per ridimensionarlo. Un articolo sull'opera è stampato nell'edizione Optica ed è disponibile a questo link:
https://www.osapublishing.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-8-12-1515&id=465446
"In genere, se volessi costruire questo tipo di computer quantistico [fotonico], dovresti prendere potenzialmente migliaia di emettitori quantistici, renderli perfettamente uniformi e quindi integrarli in un gigantesco circuito fotonico", afferma Ben Bartlett, responsabile ricerca d'autore. "Mentre in questo progetto abbiamo bisogno solo di una manciata di componenti relativamente semplici e le dimensioni della macchina non aumentano con le dimensioni del programma quantistico che si desidera eseguire".
Tutto ciò che è necessario per creare un sistema, affermano gli inventori, è un cavo in fibra ottica, un divisore di fascio, due interruttori ottici e un risonatore ottico, tutti reperibili in commercio. Inoltre, lo schema proposto consente di ridurre il numero di elementi logici (porte) nel sistema.
Nell'architettura di un sistema quantistico proposta dai ricercatori, un atomo (qubit) interagisce non con un fotone (anch'esso un qubit), entrando in uno stato entangled con esso, ma con tutta una serie di fotoni. I fotoni, dopo essere stati accoppiati, vengono incanalati in una guida d'onda ad anello e possono essere utilizzati man mano che l'algoritmo quantistico progredisce. Per modificare la configurazione di tale piattaforma quantistica (leggi - per modificare le condizioni iniziali della simulazione), è sufficiente modificare l'algoritmo per l'interazione di un atomo con determinati fotoni in una serie. In una moderna struttura di calcolo quantistico, ciò richiederebbe la ricostruzione fisica del sistema, ricollegando molte apparecchiature e reindirizzando le tracce dei fotoni.
In generale, il progetto proposto è costituito da due parti principali: un anello che immagazzina fotoni e un dispositivo di diffusione. I fotoni sono qubit e la direzione del loro movimento lungo l'anello determina se il loro valore è uguale a uno o zero, o entrambi se si muovono in entrambe le direzioni contemporaneamente, il che corrisponde al fenomeno della sovrapposizione.
Per codificare le informazioni sui fotoni, il sistema li dirige dall'anello all'unità di diffusione, dove cadono in un volume con un atomo. Quando un fotone interagisce con un atomo, diventano entangled o, più semplicemente, i loro stati quantistici si legano e non possono essere rappresentati isolatamente l'uno dall'altro. Pertanto, l'impatto su una delle particelle collegate colpisce immediatamente l'altra, indipendentemente da dove si trova: questo è il cosiddetto teletrasporto quantistico. Il fotone legato ritorna all'anello ottico, ma il suo stato può essere cambiato agendo sull'atomo con un laser e programmando così l'intera catena di fotoni.
Per aumentare il numero di qubit in un tale sistema, è sufficiente aggiungere semplicemente più fotoni al loop e non aumentare fisicamente il sistema: aggiungere nuovi loop, riflettori e altro. È molto semplice, dicono i ricercatori. Questo è un percorso interessante e cercheranno di seguirlo ulteriormente.
2021-11-30 15:32:16
Autore: Vitalii Babkin