Маленькое устройство, созданное международной группой ученых, можно использовать в качестве научного инструмента для многочисленных экспериментов с квантовой информацией. Исследователи добились этого, создав кремниевый чип, проводящий отдельные частицы света (фотоны) по оптическим трекам — волноводам — для шифрования кубитов.
Команда из Бристоля использовала кремниевые фотонные чипы при разработке компонентов квантового компьютера в больших масштабах. Результат их работы, о которой написано в недавнем издании журнала Nature Photonics, показывает, что один интегрированный чип способен полностью контролировать два кубита информации. Значит, при помощи устройства можно разработать и запустить любую задачу, которая умещается в двух кубитах.
«Мы продемонстрировали программируемую машину, способную выполнять множество различных задач, — объясняет доктор Сяоган Цян, который начал эту работу, будучи аспирантом Бристольского университета, а теперь он сотрудник в Оборонном научно-техническом университете Народно-освободительной армии Китая. — Это очень примитивный процессор, так как он работает только на двух кубитах, а значит, до того момента, когда мы сможем при помощи этой технологии производить полезные вычисления, нам предстоит пройти очень долгий путь. Но, что действительно важно, так это объединение в одном устройстве разнообразных свойств кремниевой фотоники, которые можно использовать для создания квантового компьютера».
Схемы обработки квантовой информации (вверху) и схема экспериментальной установки (внизу) / © Xiaogang Qiang/University of Bristol
Работы с интегрированной фотоникой начались в 2008-м. Они стали ответом на возрастающие опасения по поводу размеров отдельных зеркал и оптических элементов, которые были слишком большими для реализации сложных схем в квантовом компьютере.
«Нам необходимо понять, как создать квантовые компьютеры вне масштабируемых технологий, включая ту, которая может быть очень точно построена в огромных масштабах, — рассказывает доктор Джонатан Мэтьюз, член исследовательской команды в QET Labs при Бристольском университете. — Мы считаем, что кремний обладает огромным потенциалом для этого — отчасти из-за всех средств, выделенных на работу с ним в области микроэлектроники и фотоники. Устройства, разработанные в Бристоле, включая представленное сегодня, показывают, насколько грамотно могут быть спроектированы квантовые устройства. Из-за усложнения и повышения их функциональности они сами по себе станут исследовательскими инструментами: мы использовали это устройство в нескольких различных экспериментах с квантовой информацией, применив около 100 тысяч разных перепрограммированных настроек».