Фізика
Технології

Вчені навчили кубіти генерувати фотони за запитом

Дослідники з Массачусетського технологічного інституту представили новий спосіб утворення фотонів для зв'язку між квантовими процесорами - їх навчили намірено сплутуватись за допомогою хвилеводу та кубітів. Вчені поки не передавали дані таким методом, проте, продемонстрували, що кубіти можуть діяти як фотонні випромінювачі. Свою роботу вони опублікували в статті у журналі Science Advances.

Що зробили вчені?

Фізики довели, що кубіти можуть діяти як фотонні випромінювачі й генерувати фотони, необхідні для зв'язку між квантовими процесорами, які потім “впіймає” хвилевід. Тобто вони змусили квантову телепортацію - точне «відтворення» квантового стану одного об'єкта на іншому, виникати невипадково, як це відбувається у використовуваних оптичних системах. Оптичні системи, тобто ті, що використовують оптичні чіпи для передачі даних, використовують параметричні перетворення для відтворення інформації через квантову заплутаність - додають інші фотони. У новій же роботі вчені запропонували одразу “сплутувати” фотони, використовуючи квантову інтерференцію. Кубіти породжуватимуть пари заплутаних фотонів, які рухатимуться в протилежних напрямках, і таким чином забезпечуватимуть передачу квантової інформації за запитом в розподілених системах.

Навіщо фотонам сплутуватись?

У класичних комп'ютерах використовуються дроти для передачі інформації електричними імпульсами в обидва напрямки через процесор під час обчислень. У квантовому ж комп’ютері інформація передаватиметься порціями - квантами. Передача заснована на явищі квантової заплутаності - коли стан двох або більше об'єктів описується у взаємозв'язку один з одним, навіть якщо вони рознесені в просторі. Одним із способів досягнення масштабних квантових обчислень - модульні обчислення шляхом розподілу обчислювального навантаження між декількома вузлами обробки. Питання в тому, як “підключитися” до кубітів, які знаходяться у віддалених місцях, тобто щоб відбувалась не лише локальна взаємодія з найближчими кубітами.

Запропонований вченими пристрій: він складається з трьох незалежно регульованих потоком кубітів, які ємнісно пов'язані із загальним хвилеводом / Science Advances, 2020 

Запропонований вченими пристрій: він складається з трьох незалежно регульованих потоком кубітів, які ємнісно пов'язані із загальним хвилеводом / Science Advances, 2020

Як вченим вдалось це зробити?

Випробувальний пристрій складається з трьох регульованих кубітів, які ємнісно з'єднані 50-омною лінією передачі (електромагнітним копланарним хвилеводом). Конфігурації, включають два кубіти, що використовуються як просторово розділені фотонні випромінювачі. Цей зв'язок може відбуватися через хвилевід: порушення, що зберігаються в кубітах, генерують пари фотонів, які потім випромінюються в хвилевід і переміщуються до віддалених вузлів обробки. У міру того, як вони переміщаються до віддалених вузлів обробки, вони можуть розподілити цю заплутаність по квантової мережі. Вчені генерують заплутані фотони на вимогу за допомогою кубітів, а потім вивільняють цей заплутаний стан в хвилевід з дуже високою ефективністю. Хоча дослідники ще не впровадили ці протоколи зв'язку на практиці, вони показали, як можна генерувати фотони, корисні для квантової комунікації та взаємодії.