Multifunktionel siliciumchip, der er skabt til behandling af kvanteoplysninger

Et internationalt team af forskere under ledelse af University of Bristol har demonstreret, at lys kan bruges til at implementere en multifunktionel kvanteprocessor.

Denne lille enhed kan bruges som et videnskabeligt værktøj til at udføre en lang række kvanteinformationseksperimenter, samtidig med at den viser vejen til, hvordan fuldt funktionelle kvantecomputere kan konstrueres fra store produktionsprocesser.

De gjorde dette ved at konstruere en siliciumchip, der styrer enkeltpartikler af lys, kaldet fotoner i optiske spor kaldet bølgeledere til at kode såkaldte kvantebits af information kaldet "qubits".

International indsats vokser for at udvikle kvantecomputere som det næste trin i computerkraft, at øge de typer opgaver, computere kan løse for os.

I dagens stationære computere, supercomputere og smartphones, bits har form af enten at være et "1" eller et "0", og de er den grundlæggende byggesten, som alle computere, der i øjeblikket bruges i samfundet, er baseret på.

Kvantecomputere er i stedet baseret på "qubits", der kan være i en superposition af 0- og 1 -tilstande. Flere qubits kan også forbindes på en særlig måde kaldet kvanteindvikling. Disse to kvantefysiske egenskaber giver kvantecomputere strøm.

En udfordring er at lave kvantecomputere, der kan omprogrammeres til at udføre forskellige opgaver, ligesom vi har computere i dag, der kan omprogrammeres til at køre forskellige applikationer.

En anden udfordring er, hvordan man laver en kvantecomputer på en måde, så dens mange dele kan laves med meget høj kvalitet og i sidste ende til lave omkostninger.

Bristol -teamet har brugt fotoniske siliciumchips som en måde at forsøge at opbygge quantum computing -komponenter i stor skala og dagens resultat, offentliggjort i tidsskriftet Natur fotonik , viser, at det er muligt fuldt ud at kontrollere to qubits information inden for en enkelt integreret chip. Dette betyder enhver opgave, der kan udføres med to qubits, kan programmeres og realiseres med enheden.

Hovedforfatter, Dr. Xiaogang Qiang, der påtog sig arbejdet, mens han studerede til en ph.d. ved University of Bristol, og arbejder nu på National University of Defense Technology i Kina, sagde:"Det, vi har demonstreret, er en programmerbar maskine, der kan udføre mange forskellige opgaver.

"Det er en meget primitiv processor, fordi det kun fungerer på to qubits, hvilket betyder, at der stadig er lang vej, før vi kan lave nyttige beregninger med denne teknologi.

"Men det spændende er, at det er de forskellige egenskaber ved siliciumfotonik, der kan bruges til at lave en kvantecomputer, er blevet kombineret i en enhed.

"Dette er bare for kompliceret til fysisk at implementere med lys ved hjælp af tidligere tilgange."

Den integrerede fotonikindsats startede i 2008 og var et svar på den stigende bekymring for, at individuelle spejle og optiske elementer bare er for store og ustabile til at realisere de store komplekse kredsløb, som en kvantecomputer vil blive bygget.

Dr. Jonathan Matthews, medlem af forskerteamet baseret på Quantum Engineering Technology (QET) Labs ved University of Bristol, tilføjede:"Vi skal se på, hvordan vi kan lave kvantecomputere ud af teknologi, der er skalerbar, som inkluderer teknologi, som vi ved, kan bygges utrolig præcist i en enorm skala.

"Vi synes, at silicium er et lovende materiale til at gøre dette, dels på grund af al den investering, der allerede er gået til at udvikle silicium til mikroelektronik og fotonikindustrien. Og typer af enheder udviklet i Bristol, som den, der præsenteres i dag, viser, hvor godt kvanteenheder kan konstrueres.

"En konsekvens af den voksende raffinement og funktionalitet af disse enheder er, at de er ved at blive et forskningsværktøj i sig selv - vi har brugt denne enhed til at implementere flere forskellige kvanteinformationseksperimenter ved hjælp af næsten 100, 000 forskellige omprogrammerede indstillinger. "

Undersøgelsen er offentliggjort i Natur fotonik .