Vævning af kvanteprocessorer ud af laserlys

Et internationalt hold af videnskabsmænd fra Australien, Japan og USA har produceret en prototype af en storstilet kvanteprocessor lavet af laserlys.

Baseret på et design ti år undervejs, processoren har indbygget skalerbarhed, der gør det muligt for antallet af kvantekomponenter - lavet af lys - at skalere til ekstreme tal. Undersøgelsen blev offentliggjort i Videnskab i dag.

Kvantecomputere lover hurtige løsninger på svære problemer, men for at gøre dette kræver de et stort antal kvantekomponenter og skal være relativt fejlfrie. Nuværende kvanteprocessorer er stadig små og tilbøjelige til fejl. Dette nye design giver en alternativ løsning, ved hjælp af lys, at nå den skala, der kræves for til sidst at overgå klassiske computere på vigtige problemer.

"Mens nutidens kvanteprocessorer er imponerende, det er ikke klart, om de nuværende designs kan skaleres op til ekstremt store størrelser, " bemærker Dr. Nicolas Menicucci, Chief Investigator ved Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) ved RMIT University i Melbourne, Australien.

"Vores tilgang starter med ekstrem skalerbarhed - indbygget helt fra begyndelsen - fordi processoren, kaldet en klyngetilstand, er lavet af lys."

Brug af lys som en kvanteprocessor

En klyngetilstand er en stor samling af sammenfiltrede kvantekomponenter, der udfører kvanteberegninger, når de måles på en bestemt måde.

"For at være nyttig til problemer i den virkelige verden, en klyngetilstand skal både være stor nok og have den rigtige sammenfiltringsstruktur. I de to årtier siden de blev foreslået, alle tidligere demonstrationer af klyngestater har fejlet på en eller begge af disse punkter, " siger Dr. Menicucci. "Vores er den første nogensinde til at få succes med begge dele."

For at gøre klyngen tilstand, specialdesignede krystaller konverterer almindeligt laserlys til en type kvantelys kaldet sammenpresset lys, som derefter væves ind i en klyngetilstand af et netværk af spejle, strålesplittere og optiske fibre.

Holdets design giver mulighed for et relativt lille eksperiment til at generere en enorm todimensionel klyngetilstand med indbygget skalerbarhed. Selvom niveauerne af squeezing - et mål for kvalitet - i øjeblikket er for lave til at løse praktiske problemer, designet er kompatibelt med tilgange til at opnå state-of-the-art klemmeniveauer.

Holdet siger, at deres præstation åbner nye muligheder for kvanteberegning med lys.

"I dette arbejde, for første gang i noget system, vi har lavet en storstilet klyngetilstand, hvis struktur muliggør universel kvanteberegning." Siger Dr. Hidehiro Yonezawa, chefefterforsker, CQC2T på UNSW Canberra. "Vores eksperiment viser, at dette design er gennemførligt - og skalerbart."