Квантові обчислення представляють потенційну проривну технологію, яка може значно перевищити технічні обмеження сучасних-обчислювальних систем для деяких завдань. Однак створення практичних великомасштабних-квантових комп’ютерів залишається складним завданням, особливо через складні й делікатні технології.
У деяких квантових обчислювальних системах окремі іони (заряджені атоми, такі як стронцій) захоплюються та піддаються впливу електромагнітних полів, включаючи лазерне світло, для створення певних ефектів, які використовуються для виконання обчислень. Такі схеми вимагають, щоб багато різних довжин хвиль світла вводилися в різні положення пристрою, а це означає, що численні лазерні промені повинні бути належним чином організовані та доставлені в призначену область. У цих випадках практичні обмеження доставки багатьох різних пучків світла в межах обмеженого простору стають труднощами.
Щоб вирішити цю проблему, дослідники з Університету Осаки дослідили унікальні способи доставки світла в обмежений простір. Їхня робота виявила енергоефективну нанофотонні схему з оптичними волокнами, прикріпленими до хвилеводів для доставки шести різних лазерних променів до місця призначення. Висновки були опубліковані вAPL Quantum.
«Маштабованих практичних методів конфігурації фотонних ланцюгів, пов’язаних із квантовими комп’ютерами-іонів із захопленими іонами, щоб забезпечити доставку лазерного світла, ще не розроблено», — каже автор Альто Осада. «Щоб подолати цю проблему, ми хотіли створити ефективний метод, який враховує всі зони захоплення в іонній пастці».
У рамках дослідження хвилеводи потрібно було розділити та творчо переставити всередині схеми, щоб передавати різні лазерні промені в правильні місця. Конструкції також повинні були враховувати здатність вимикати та вмикати лазерні промені незалежно, забезпечуючи при цьому найвищу можливу енергоефективність.
Отримані візерунки хвилеводів виглядають як складні гобелени,-що привертають увагу, оскільки лазерні промені перетинають один одного та рухаються по ланцюгах.
«Наша робота показує, що цей підхід може дозволити кілька сотень кубітів на одному чіпі», — зазначає Осада. Кубіти відносяться до основних одиниць квантового обчислення, на основі яких працюють квантові алгоритми для вирішення проблем-реального світу.
Дослідники використовували два підходи до формування візерунків, які називають бульбашковим сортуванням і дублюванням по блоках. Виявилося, що обидва шаблони мають переваги, і дослідники припускають, що вибір між ними залежатиме від таких факторів, як кількість необхідних лазерних променів і втрати фотонних елементів. Дослідження успішно підкреслило доцільність і потенціал використання складних моделей хвилеводів у схемах для підведення пучків світла до захоплених іонів.
Це дослідження дає захоплюючі висновки про те, що ту саму концепцію можна застосувати не лише до квантових обчислень, але й до виготовлення передових оптичних систем, що представляє важливий технологічний прорив із широким спектром застосувань.
