Фотонный чип прокладывает дорогу к программируемым квантовым процессорам

Многоцелевой оптический чип, который генерирует, манипулирует и измеряет квантовое зацепление и смесь состояний – два квантовых явления, лежащих в основе будущих квантовых компьютеров, разработан исследователями из Центра квантовой оптики Бристольского университета. Эта работа представляет важный шаг в развитии квантовых компьютеров.

Ученые из Бристоля впервые показали, что зацепление можно генерировать, управлять им и измерять полностью в кварцевом чипе. Они также использовали тот же чип, чтобы измерить смесь состояний, часто нежелательный эффект, вызываемый внешней средой, но явление, которым теперь можно управлять и использовать, чтобы характеризовать квантовые цепи.

«Для того чтобы построить квантовый компьютер, мы не только нуждаемся в возможности управлять сложными явлениями, такими как зацепление и смешивание, но нуждаемся также в том, чтобы воспроизводить их на чипе, - сказал проф. Джереми О’Брайен (Jeremy O'Brien), директор Центра квантовой фотоники. – Наше устройство позволяет это, и мы верим, что это существенный шаг навстречу квантовым вычислениям».

Чип, на котором выполнялись эксперименты, каждый из которых обычно требует использования оптической скамьи величиной в обеденный стол, имел размеры 70 мм Х 30 мм. Он содержал сеть небольших каналов, которые направляли и манипулировали единичными фотонами. Используя восемь реконфигурируемых электродов, встроенных в схему, фотонные пары могли зацепляться, продуцируя любое возможное состояние зацепления или любое смешанное состояние.

«Не очень хорошо, если ваш квантовый компьютер может выполнять одну специфическую задачу, - объяснил д-р Питер Шадболт (Peter Shadbolt), первый автор публикации. – Мы предпочли бы иметь реконфигурируемое устройство, которое может выполнять различные задачи. Такое устройство мы теперь продемонстрировали. Оно приблизительно в 10 раз более сложное, чем в предыдущем эксперименте. Это замечательно, потому что мы можем проводить много разных экспериментов, используя один реконфигурируемый чип».

Исследователи, которые разрабатывали квантовый оптический чип в течение последних шести лет, работают теперь над увеличение сложности этого устройства, и рассматривают его как строительный блок для квантовых компьютеров будущего.

          

Художественное изображение квантового фотонного чипа, на котором показан волновод (белый) и управляемый напряжением фазовращатель (металлические контакты на поверхности). Фотонные пары становятся зацепленными, когда они проходят через цепь