Η Υπολογιστική_quantum Βήμα πιο Κοντά στις Πραγματικές Εφαρμογές

Ενώ η αγορά υπολογιστικής_quantum προβλέπεται να φτάσει τα 65 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2030, υπάρχουν ακόμη πολλά εμπόδια trước από το να εισέλθει στην πραγματική εφαρμογή. Με αυτό που कहόταν, η υπολογιστική_quantum έχει το δυναμικό να λύσει πολλά από τα πιο σύνθετα προβλήματα μας. Οι ερευνητικές ομάδες στα πανεπιστήμια και τα ιδιωτικά ιδρύματα σε όλο τον κόσμο εργάζονται σκληρά για να κάνουν αυτό μια πραγματικότητα.

Μια από αυτές τις ομάδες ηγείται από τον Xu Yi, βοηθό καθηγητή ηλεκτρικής και υπολογιστικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια Σχολή Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών.

Η ομάδα του έχει δημιουργήσει ένα κενό στη φυσική και τις εφαρμογές των φωτονικών συσκευών, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση και το σχήμα του φωτός για εφαρμογές όπως η επικοινωνία και η υπολογιστική. Η ομάδα έχει αναπτύξει μια ανα.scalable πλατφόρμα υπολογιστικής_quantum που μειώνει δραστικά τον αριθμό των συσκευών που απαιτούνται για την επίτευξη ταχύτητας_quantum, και αυτό ήταν σε θέση να λάβει χώρα σε ένα φωτονικό chip μεγέθους πεννί.

Η ομάδα περιελάμβανε επίσης τον Olivier Pfister, καθηγητή κβαντικής οπτικής και κβαντικής πληροφορίας στο UVA, και τον Hansuek Lee, βοηθό καθηγητή στο Κορεατικό Προηγμένο Ινστιτούτο Επιστημών και Τεχνολογίας.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Nature Communications.

Υποστηρίχθηκε επίσης από τον Zijiao Yang, φοιτητή διδακτορικού στο τμήμα φυσικής, και τον Mandana Jahanbozorgi, φοιτητή διδακτορικού στην ηλεκτρική και υπολογιστική μηχανική. Οι δύο είναι οι συν-πρώτοι συγγραφείς του εγγράφου.

Υπολογιστική_quantum και Επεξεργασία Πληροφοριών

Η υπολογιστική_quantum ανοίγει einen νέο τρόπο επεξεργασίας πληροφοριών, και επιτρέπει στον υπολογιστή σας να επεξεργάζεται πληροφορίες σε μακρές σειρές bit. Ένα bit κρατάει είτε μια τιμή μηδέν είτε μια τιμή ένα, και οι υπολογιστές_quantum επεξεργάζονται πληροφορίες παράλληλα, που σημαίνει ότι δεν απαιτούν να περιμένουν μια σειρά πληροφοριών να επεξεργαστεί πριν προχωρήσουν σε περισσότερες. Ένα qubit είναι το βασικό δομικό στοιχείο της υπολογιστικής_quantum, και είναι μια μονάδα πληροφορίας που μπορεί να είναι και ένα και μηδέν ταυτόχρονα. Ένας κβαντικός τρόπος, από την άλλη πλευρά, καλύπτει το πλήρες φάσμα των μεταβλητών μεταξύ ενός και μηδέν.

Οι ερευνητές εργάζονται τώρα σε διαφορετικές προσεγγίσεις για την αποτελεσματική παραγωγή μεγάλου αριθμού qumodes που απαιτούνται για την επίτευξη ταχύτητας_quantum.

Η νέα φωτονική προσεγγίση που αναπτύχθηκε από τον Yi είναι ιδιαίτερα χρήσιμη,既然 ένα πεδίο φωτός είναι επίσης πλήρες φάσμα. Αυτό σημαίνει ότι κάθε κύμα φωτός στο φάσμα έχει το δυναμικό να γίνει μια κβαντική μονάδα. Ο Yi υποθέτει ότι το φως θα επιτύχει μια κβαντική κατάσταση εάν τα πεδία φωτός ήταν εγκλωβισμένα.

Δημιουργία του Συστήματος

Η ομάδα του Yi δημιούργησε μια κβαντική πηγή σε ένα οπτικό μικρορεζονатор, που είναι μια δαχτυλίδη σχηματισμένη, χιλιοστομετρική δομή που περιβάλλει τα φωτόνια πριν από τη δημιουργία eines μικροσκοπίου, μια συσκευή που μετατρέπει τα φωτόνια από単一ής σε πολλαπλές μήκους κύματος. Το φως κυκλοφορεί γύρω από το δαχτυλίδι και χτίζει οπτική ισχύ, που στη συνέχεια αυξάνει τις πιθανότητες για τα φωτόνια να αλληλεπιδράσουν. Αυτό με τη σειρά του παράγει κβαντική εγκλωβισμένη μεταξύ των πεδίων φωτός στο microcomb.

Η ομάδα του Yi χρησιμοποίησε multiplexing για να επιβεβαιώσει τη δημιουργία 40 qumodes από ένα単일ικό μικρορεζονатор σε ένα chip, και έδειξαν ότι το multiplexing των κβαντικών τρόπων μπορεί να λειτουργήσει σε ολοκληρωμένα φωτονικά πλαίσια.

“Εκτιμούμε ότι όταν βελτιώσουμε το σύστημα, μπορούμε να παραγάγουμε χιλιάδες qumodes από μια單ιλική συσκευή,” είπε ο Yi.

Μέσω της τεχνικής multiplexing του Yi, είμαστε πιο κοντά στη χρήση της υπολογιστικής_quantum μέσω πραγματικών συνθηκών, όπου υπάρχουν απωλείες σφάλματα. Αυτά τα σφάλματα οφείλονται στα κβαντικά состояния και την εύθραυστη φύση τους.

Ο αριθμός των σφαλμάτων θα μπορούσε να απαιτήσει πάνω από ένα εκατομμύριο qubits για να τα αντισταθμίσει, και υπάρχει μια αναλογική αύξηση του αριθμού των συσκευών. Το multiplexing μειώνει αυτόν τον αριθμό συσκευών κατά δύο ή τρεις τάξεις μεγέθους.

Υπάρχουν δύο ακόμη πλεονεκτήματα στο φωτονικό σύστημα του Yi. Πρώτον, επειδή το φως δεν έχει μάζα, οι υπολογιστές_quantum με φωτονικά ολοκληρωμένα chíπ possono να τρέχουν ή να κοιμούνται σε θερμοκρασία δωματίου. Ο Lee επίσης fabriqué τον μικρορεζονатор σε ένα chíπ πυριτίου χρησιμοποιώντας τυποποιημένες τεχνικές λιθографίας. Αυτό σημαίνει ότι ο резонатор ή η κβαντική πηγή θα μπορούσε να παραχθεί μαζικά.

“Είμαστε υπερήφανοι που ωθούμε τα όρια της μηχανικής στην υπολογιστική_quantum και να επιταχύνουμε τη μετάβαση από την οπτική.bulk στα ολοκληρωμένα φωτονικά,” είπε ο Yi. “Θα συνεχίσουμε να εξερευνούμε τρόπους για να ολοκληρώσουμε τις συσκευές και τα κύκλωματα σε μια πλατφόρμα υπολογιστικής_quantum με βάση τα φωτονικά και να βελτιώσουμε την απόδοσή της.”