Инженеры сделали прорыв в квантовых технологиях

Опубликовано: 24 Окт 2024 | Источник: Physical Review Applied

Квантовая физика

Ученые совершили прорыв в области квантовых вычислений, представив самый маленький в мире квантовый компьютер. Это устройство, по размерам сравнимое с обычным настольным ПК, способно функционировать при обычной комнатной температуре. Такой компактный и энергоэффективный дизайн открывает новые горизонты для развития квантовых технологий.

Как это работает?

Секрет этого миниатюрного компьютера заключается в использовании одиночного фотона, заключенного в кольцеобразное оптическое волокно. Фотон, являясь элементарной частицей света, несет в себе квантовую информацию, которая кодируется в его свойствах. Благодаря этому, ученым удалось создать квантовые биты (кубиты) на основе света, что позволило реализовать квантовые вычисления.

Эта машина способна выполнять математические операции, включая разложение на простые множители, как, например, 15 = 5 x 3. Исследование было опубликовано 3 сентября 2024 года в журнале Physical Review Applied.

Экспериментальная установка для реализации алгоритма Шора на одиночном фотоне. Монолитный кристалл PPKTP накачивается непрерывным лазером с синхронизацией по частоте на длине волны 775 нм для генерации бифотонов с согласованной фазой типа II. Полуволновая пластина (HWP) выравнивает поляризацию накачки по отношению к кристаллу. Пара линз используется для фокусировки луча накачки на кристалле. Длиннопроходный фильтр (LPF) используется для фильтрации накачки. После того как поляризационный светоделитель (PBS) разделяет сгенерированный бифотон, одиночные фотоны с длиной волны 1550 нм направляются в волоконную интерферометрию для реализации алгоритма Шора, где AEOM, Pol. EOM и SPD обозначают электрооптический амплитудный модулятор, электрооптический поляризационный модулятор (переключатель) и однофотонный детектор (квантовая эффективность 15%, временное разрешение 150 пс) соответственно. Иллюстрация: Physical Review Applied

Преимущества нового подхода

Компактность: Отсутствие необходимости в громоздком охлаждающем оборудовании, характерном для большинства квантовых компьютеров, позволяет создать устройство гораздо меньших размеров.

Энергоэффективность: Работа при комнатной температуре значительно снижает энергопотребление, делая квантовые технологии более доступными и практичными.

Стабильность: Фотоны обладают высокой стабильностью квантовых состояний, что повышает надежность работы компьютера.

Сравнение с традиционными квантовыми компьютерами

Большинство современных квантовых компьютеров используют сверхпроводящие кубиты, которые требуют сверхнизких температур для своей работы. Это существенно ограничивает их применение и повышает стоимость. Новый же подход, основанный на использовании фотонов, позволяет обойти эти ограничения и сделать квантовые вычисления более доступными.