Obliczenia kwantowe stanowią potencjalną przełomową technologię, która w przypadku niektórych zadań może znacznie przekroczyć ograniczenia techniczne współczesnych-systemów obliczeniowych. Jednakże złożenie praktycznych komputerów kwantowych-na dużą skalę pozostaje wyzwaniem, szczególnie ze względu na stosowane w nich złożone i delikatne techniki.
W niektórych systemach obliczeń kwantowych pojedyncze jony (naładowane atomy, takie jak stront) są wychwytywane i wystawiane na działanie pól elektromagnetycznych, w tym światła lasera, w celu wytworzenia określonych efektów wykorzystywanych do wykonywania obliczeń. Takie obwody wymagają wprowadzenia wielu różnych długości fal światła w różne miejsca urządzenia, co wiąże się z koniecznością odpowiedniego rozmieszczenia wielu wiązek lasera i dostarczenia ich w wyznaczony obszar. W takich przypadkach trudnością stają się praktyczne ograniczenia dostarczania wielu różnych wiązek światła na ograniczonej przestrzeni.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z Uniwersytetu w Osace zbadali unikalne sposoby dostarczania światła na ograniczonej przestrzeni. Ich prace odsłoniły-wydajny energetycznie obwód nanofotoniczny ze światłowodami podłączonymi do falowodów, które dostarczają sześć różnych wiązek laserowych do miejsc docelowych. Wyniki opublikowano wKwant APL.
„Nie opracowano jeszcze skalowalnych, praktycznych metod konfigurowania obwodów fotonicznych związanych z komputerami kwantowymi-z uwięzionymi jonami, aby umożliwić dostarczanie światła laserowego” – mówi autor Alto Osada. „Aby sprostać temu wyzwaniu, chcieliśmy stworzyć skuteczną metodę uwzględniającą wszystkie strefy wychwytywania w pułapce jonowej”.
W ramach badań falowody musiały zostać rozdzielone i w kreatywny sposób przeorganizowane wewnątrz obwodów, aby przesyłać różne wiązki laserowe do właściwych miejsc. Projekty musiały także uwzględniać możliwość niezależnego włączania i wyłączania wiązek laserowych, zapewniając jednocześnie najwyższą możliwą wydajność energetyczną.
Powstałe wzory falowodów przybierają wygląd skomplikowanych,-przyciągających wzrok gobelinów, gdy wiązki lasera krzyżują się ze sobą i przemieszczają się w obwodach.
„Nasza praca pokazuje, że takie podejście może pozwolić na umieszczenie kilkuset kubitów w jednym chipie” – zauważa Osada. Kubity odnoszą się do podstawowych jednostek obliczeń kwantowych, na podstawie których działają algorytmy kwantowe w celu rozwiązywania-rzeczywistych problemów.
Naukowcy zastosowali dwa podejścia do tworzenia wzorów, zwane sortowaniem bąbelkowym i duplikacją blokową. Stwierdzono, że oba wzorce mają zalety, a naukowcy zasugerowali, że wybór między nimi będzie zależał od takich czynników, jak liczba wymaganych wiązek laserowych i straty elementów fotonicznych. W badaniu z powodzeniem podkreślono wykonalność i potencjał wykorzystania złożonych wzorów falowodów w obwodach elektrycznych w celu skierowania wiązek światła do uwięzionych jonów.
Badania te dostarczają ekscytujących wniosków, wskazujących, że tę samą koncepcję można zastosować nie tylko w obliczeniach kwantowych, ale także w produkcji zaawansowanych systemów optycznych, co stanowi ważny przełom technologiczny o szerokim zakresie zastosowań.
