Квантын тооцоолол нь бодит ертөнцийн хэрэглээнд нэг алхам ойртлоо

Квантын тооцооллын зах зээл 65 он гэхэд 2030 тэрбум ам.долларт хүрнэ гэж таамаглаж байгаа ч бодит амьдралд хэрэгжихэд олон саад бэрхшээл байсаар байна. Үүний зэрэгцээ квант тооцоолол нь бидний хамгийн төвөгтэй олон асуудлыг шийдэх боломжтой юм. Дэлхийн өнцөг булан бүрт байгаа их дээд сургуулиуд болон хувийн байгууллагуудын судалгааны багууд үүнийг бодит болгохын тулд шаргуу ажиллаж байна.

Эдгээр багийн нэгийг Виржиниагийн их сургуулийн Инженер, хэрэглээний шинжлэх ухааны сургуулийн цахилгаан ба компьютерийн инженерийн туслах профессор Сюй И удирдаж байна. 

Түүний баг харилцаа холбоо, тооцоолол зэрэг хэрэглээний гэрлийг илрүүлэх, хэлбэржүүлэхэд ашигладаг фотоник төхөөрөмжүүдийн физик, хэрэглээнд орон зайг бий болгосон. Тус багийнхан квант хурдыг бий болгоход шаардагдах төхөөрөмжүүдийн тоог эрс багасгасан, өргөтгөх боломжтой квант тооцоолох платформыг бүтээсэн бөгөөд үүнийг нэг пеннитэй тэнцэх хэмжээний фотоник чип дээр хийх боломжтой болсон.

Мөн багийн бүрэлдэхүүнд UVA-ийн квант оптик ба квант мэдээллийн профессор Оливье Пфистер, Солонгосын Шинжлэх ухаан, технологийн дэвшилтэт хүрээлэнгийн туслах профессор Хансуек Ли нар багтсан.

Судалгааг нийтэлсэн Байгаль Харилцаа холбоо.

Мөн физикийн ухааны доктор Зижиао Ян, доктор Мандана Жаханбозорги нар дэмжив. цахилгаан, компьютерийн инженерийн оюутан. Энэ хоёр нь тус сэтгүүлийн анхны зохиогчид юм. 

Квантын тооцоолол ба боловсруулалтын мэдээлэл

Квантын тооцоолол нь мэдээллийг боловсруулах шинэ арга замыг нээж өгдөг бөгөөд энэ нь таны ширээний эсвэл зөөврийн компьютерт мэдээллийг урт битээр боловсруулах боломжийг олгодог. Бит нь тэг эсвэл нэг утгыг агуулдаг бөгөөд квант компьютерууд мэдээллийг зэрэгцүүлэн боловсруулдаг бөгөөд үүнээс илүү мэдээлэлд шилжихээс өмнө нэг дарааллыг боловсруулахыг хүлээх шаардлагагүй гэсэн үг юм. Кубит бол квант тооцооллын үндсэн блок бөгөөд нэгэн зэрэг нэг ба тэг байж болох мэдээллийн нэгж юм. Нөгөө талаас квант горим нь нэгээс тэг хүртэлх хувьсагчдын бүрэн спектрийг хамардаг.

Судлаачид одоо квант хурдад хүрэхэд шаардлагатай олон тооны кумодыг үр ашигтайгаар үйлдвэрлэх өөр өөр арга барил дээр ажиллаж байна.

И-ийн боловсруулсан фотоникт суурилсан шинэ арга нь гэрлийн талбар нь бүрэн спектртэй байдаг тул ялангуяа ашигтай байдаг. Энэ нь спектрийн гэрлийн долгион бүр квант нэгж болох боломжтой гэсэн үг юм. Хэрэв гэрлийн талбарууд орооцолдсон бол гэрэл квант төлөвт хүрнэ гэж И таамаглажээ.

Системийг бий болгох

И-ийн баг оптик микрорезонаторт квант эх үүсвэрийг бүтээсэн бөгөөд энэ нь микроскоп үүсгэхээс өмнө фотоныг бүрхэж, нэг долгионы уртаас олон долгионы урт руу хөрвүүлдэг төхөөрөмж болох цагираг хэлбэртэй, миллиметр хэмжээтэй бүтэц юм. Гэрэл цагирагны эргэн тойронд эргэлдэж, оптик хүчийг бий болгодог бөгөөд энэ нь фотонуудын харилцан үйлчлэх боломжийг нэмэгдүүлдэг. Энэ нь эргээд микрокомб дахь гэрлийн талбаруудын хооронд квант орооцолдол үүсгэдэг. 

И-ийн баг чип дээрх нэг микрорезонатороос 40 цумодыг үүсгэсэн эсэхийг шалгахын тулд мультиплексийг ашигласан бөгөөд квант горимуудын мультиплексжуулалт нь нэгдсэн фотоник платформ дээр ажиллах боломжтойг харуулсан. 

"Бид системийг оновчтой болгосноор нэг төхөөрөмжөөс мянга мянган qumodes үүсгэж чадна гэж бид тооцоолж байна" гэж И хэлэв.

И-ийн мултиплексийн техникээр дамжуулан бид зайлсхийж боломгүй алдаа гардаг бодит нөхцөл байдалд квант тооцооллыг ашиглахад ойртож байна. Эдгээр алдаа нь квант төлөв ба тэдгээрийн эмзэг шинж чанараас үүдэлтэй.

Алдааны тоог нөхөхийн тулд нэг сая гаруй кубит шаардлагатай байж болох ба төхөөрөмжийн тоо харьцангуй нэмэгдэж байна. Multiplexing нь энэ тооны төхөөрөмжийг хоёр буюу гурван дарааллаар бууруулдаг. 

И-ийн фотоникт суурилсан системд өөр хоёр давуу тал бий. Нэгдүгээрт, фотон нь массгүй тул фотоны нэгдсэн чип бүхий квант компьютерууд өрөөний температурт ажиллаж эсвэл унтаж чаддаг. Ли мөн стандарт литографийн техникийг ашиглан цахиурын чип дээр микрорезонаторыг бүтээжээ. Энэ нь резонатор эсвэл квант эх үүсвэрийг олноор үйлдвэрлэж болно гэсэн үг юм. 

"Бид квант тооцоолол дахь инженерчлэлийн хил хязгаарыг түлхэж, бөөн оптикоос нэгдсэн фотоник руу шилжих шилжилтийг хурдасгаж байгаадаа бахархаж байна" гэж И хэлэв. "Бид фотоникт суурилсан квант тооцооллын платформд төхөөрөмж, хэлхээг нэгтгэх, түүний гүйцэтгэлийг оновчтой болгох арга замыг үргэлжлүүлэн судлах болно."