Фото: Джон Саймон, доцент кафедры физики и прикладной физики Стэнфордского университета. Фото: ЛиПо Чинг, Стэнфордский университет.
Группа исследователей из Стэнфордского университета создала новый тип оптического резонатора, предназначенного для захвата одиночных фотонов — мельчайших единиц света, излучаемых отдельными атомами. Эти атомы хранят кубиты — основные единицы информации в квантовом компьютере. Впервые эта система позволяет считывать информацию со всех кубитов одновременно, а не по одному.
Учёные уверены, эти технологии позволят обрабатывать определенные вычисления настолько эффективно, что задачи, на выполнение которых классическим компьютерам требовались тысячи лет, можно будет решить всего за несколько часов.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые описывают работающую матрицу из 40 оптических резонаторов, каждый из которых содержит один атомный кубит, а также более крупный прототип, содержащий более 500 резонаторов. Результаты указывают на реалистичный путь к созданию квантовых сетей с числом кубитов до одного миллиона.
«Если мы хотим создать квантовый компьютер, нам нужно уметь очень быстро считывать информацию из квантовых битов», — сказал Джон Саймон, старший автор исследования и доцент кафедры физики и прикладной физики в Школе гуманитарных и естественных наук Стэнфордского университета. «До сих пор не существовало практического способа сделать это в больших масштабах, потому что атомы просто не излучают свет достаточно быстро, и, кроме того, они рассеивают его во всех направлениях. Оптический резонатор может эффективно направлять излучаемый свет в определенном направлении, и теперь мы нашли способ разместить каждый атом в квантовом компьютере в его собственном индивидуальном резонаторе».
Оптический резонатор образуется, когда свет многократно отражается между двумя или более поверхностями. Эффект похож на то, как если бы вы стояли между зеркалами в комнате смеха и видели, как отражения умножаются вдали. В научных приложениях эти структуры намного меньше и используются для усиления взаимодействия света с атомами путем многократного прохождения света через одно и то же пространство.
Эксперты считают, что для того, чтобы превзойти по производительности самые мощные суперкомпьютеры сегодня, квантовым компьютерам потребуются миллионы кубитов. Достижение такого масштаба, вероятно, потребует объединения множества более мелких квантовых компьютеров в более крупные сети. Система резонаторов, продемонстрированная в этом исследовании, предлагает высокоэффективный способ параллельного считывания кубитов, что крайне важно для создания систем такого размера.
