Представлено найменший у світі квантовий комп'ютер, який вирішує завдання за допомогою лише 1 фотона
Високовимірний фотон може кодувати інформацію в «32 часових інтервалах», що дозволяє компактному квантовому комп'ютеру дослідників ефективно функціонувати.
Дослідники з Тайваню стверджують, що створили найменший однофотонний квантовий комп'ютер у світі.
На прес-брифінгу група з Національного університету Цін Хуа (NTHU) продемонструвала свою винахідливість. Вони продемонстрували використання «алгоритму Шора» для розв'язання простого факторингу на своєму квантовому комп'ютері розміром з коробку.
Група змогла подолати значні перешкоди на шляху розвитку квантових обчислень, такі як вимога до низькотемпературних умов і високі енергетичні потреби.
Мега-гребля вартістю 5 мільярдів доларів створює напругу на Нілі
Один високорозмірний фотон, фундаментальна частинка, що бере участь в електромагнітних взаємодіях, має хвильовий пакет, який містить «32 часових інтервали або виміри» інформації, які можуть бути закодовані неймовірно маленьким квантовим комп'ютером дослідників.
Компактна інновація
Втрата інформації та помилки обчислень, спричинені вібраціями або магнітними полями, є поширеними проблемами у квантових обчисленнях.
Однак фотони пропонують велику перевагу в розробці комерційних квантових комп'ютерів завдяки їхньому розширеному діапазону передачі та меншій чутливості до перешкод.
На відміну від звичайних комп'ютерів, які використовують друковані плати для проведення обчислень, квантові обчислення використовують фотоніку для передачі даних і квантову фізику для їх обробки.
Біт, який може представляти лише 0 або 1, є найменшою одиницею інформації у звичайному комп'ютері. З іншого боку, квантова суперпозиція дозволяє квантовому біту, або кубіту, існувати як 0 і 1 одночасно.
Завдяки цій характеристиці квантові комп'ютери можуть виконувати складні операції до 100 мільйонів разів швидше, ніж традиційні комп'ютери, включаючи піднесення до степеня та пошук у великих обсягах даних.
У 2021 році, роблячи крок до доступної та масштабованої квантової технології, дослідники з Університету Інсбрука розробили компактний квантовий процесор, розміщений у двох стандартних серверних стійках, кожна з яких має об'єм 1,7 м³.
Цей пристрій відповідає продуктивності більших лабораторних моделей і може підтримувати до 50 кубітів, з ним можуть працювати неспеціалісти.
Пристрій використовує оптичні кубіти на основі іонів кальцію, в яких заплутаність створюється лазерними імпульсами, що змінюють стан іонів.
Макроскопічні пастки електричного поля, які регулюють до 50 іонів, керують процесором. Його модульна архітектура складається з частин для віддаленого зв'язку, уловлювання іонів і керування лазером, які зберігаються в алюмінієвих коробках всередині стійок.
Обчислення на основі фотонів
Завдяки своїй довговічності та масштабованості, фотоніка є дуже перспективною платформою для розгортання квантових технологій.
У новому дослідженні вчені успішно реалізували алгоритм Шора, використовуючи один фотон, кодуючи і маніпулюючи 32 часовими режимами в його хвильовому пакеті. Це досягнення підкреслює потужні можливості обробки інформації одним фотоном у високих розмірностях.
За словами команди, за допомогою комерційно доступних електрооптичних модуляторів з пропускною здатністю 40 ГГц можна кодувати понад 5 000 часових інтервалів на довгих одиночних фотонах.
Хоча керування високорозмірними станами може бути складнішим завданням, ніж робота з кубітами, ця робота демонструє, що ці стани часових інтервалів можуть бути підготовлені та ефективно маніпульовані за допомогою компактної програмованої оптоволоконної петлі.
Крім того, високорозмірні квантові ворота можуть покращити маніпуляції, використовуючи кілька фотонів для масштабування. Зменшення кількості однофотонних джерел і детекторів може підвищити ефективність підрахунку збігів над випадковими підрахунками.
Дослідження показують, що високорозмірні стани є більш стійкими до шуму в квантових каналах, що робить кодовані часовими бінами стани довгих одиночних фотонів перспективними для майбутніх високорозмірних квантових обчислень.
Фотони також надають значні переваги для бізнес-додатків, дозволяючи передавати інформацію на великі відстані з незначними перешкодами.
Під час прес-брифінгу команда NTHU підкреслила, що їхній крихітний квантовий пристрій на основі фотонів функціонує без потреби в масивних системах охолодження, на відміну від багатьох квантових комп'ютерів у провідних дослідницьких лабораторіях.
Це відкриття, на думку дослідників, є значним проривом у сфері квантових технологій.
Також були згадані потенційні застосування фотонних квантових обчислень в ряді майбутніх областей, таких як безпека даних, штучний інтелект, медичні дослідження і оптимізація логістики.
Команда стверджує, що, використовуючи унікальні властивості фотонів, ця форма квантових обчислень може запропонувати швидші та ефективніші рішення складних проблем, позиціонуючи її як потужний інструмент у розвитку різних галузей науки і техніки.
