За счет топологического дефекта можно построить квантовый компьютер на фотонных парах

Ученые из Австралии впервые продемонстрировали фотонную пару (пучки связанного света) за счет довольно интригующего похода – топологии. Этот эксперимент открывает путь к созданию новых типов кубитов, основных блоков квантовых компьютеров. Исследование было сделано вместе с коллегами из Израиля и опубликовано в журнале Science.

"Теперь мы можем проложить путь к созданию сильно связанных логических состояний на основе фотонных пар", сообщила глава исследования др. Андри Бланко-Редонто при университете Сиднея института нанотехнологий.

Изменение логических состояний необходимо для оперирования над алгоритмами, написанными для квантовых компьютеров. Классическая вычислительная логика формирует состояние бита из нуля или единицы. Квантовый бит изменяет состояние из суперпозиции, которая зависит от нуля и единицы. Сохранение таких квантовых состояний достаточно долго для квантовых машин, за счет чего можно производить вычисления – один из существенных вызовов современной физики.

Практически применимый квантовых компьютер требует миллион или даже миллиард кубитов для обработки информации. Таким образом, стабильные и успешные образцы имеют на данные момент минимум 20 кубитов. Чтобы развить потенциал квантовой технологии, ученым необходимо найти способ стабилизации запутанных фотонных пар. Попытки достичь этого - стабилизация состояний кубитов на наномасштабе обычно достигаются за счет сверхпроводников и ионов различных смесей охлажденных газов. Такой подход является перспективным, но система в целом очень восприимчива к электромагнитным помехам, что делает такой подход трудно масштабируемым.

Использование фотонов – пучков света, вместо электронов предполагает иной подход к созданию квантовой логики. Фотоны в отличии от электронов хорошо изолированы от теплового и электромагнитного взаимодействия. Однако масштабирование квантовых устройств на основе фотонных кубитов было ограничено за счет потерь рассеяния и других ошибок до сих пор.

“Мы сделали создали решетчатую структуру из кремниевых нанопроволок, задав особую симметрию, которая обеспечивает необычайную устойчивость к корреляции фотонов. Симметрия помогает создавать и направлять такие корреляционные состояния, известные как “краевые моды”” – рассказала Андри.

«Такая надежность достигается за счет топологии - глобальном свойстве решетки, которая остается неизменной»

Каналы или волноводы, выполненные с использованием кремниевых нанопроволок шириной всего 500 нанометров, выстраивались парами с преднамеренным дефектом в симметрии в середине, создавая две решетчатые структуры с различными топологиями и промежуточный «край». Такая топология позволяет создавать специальные состояния, в которых фотоны могут формировать так называемые «краевые режимы» или попросту связанные пары. Эти состояния позволяют переносить информацию, переносимую парными фотонами, таким образом, что в противном случае они были бы рассеяны или провзаимодействовали с однородной решеткой. Фотоны были созданы высокоинтенсивными ультракороткими лазерными импульсами, той же базовой технологией, для которой Донна Стрикленд и Жерар Муру были удостоены Нобелевской премии по физике в 2018 году.

Пояснения к изображениям:

На первом изображении показана нанофотонная топологическая система – экспериментальная настройка.

На втором изображении показан график распределения бифотонных состояний, относительно уровня нулевой амплитуды.

Остальные изображения, графики, смотрите в статья, статья прикреплена к новости.

Источник: phys.org

Комментарии: