Tehdä kvanttilaskentaa valolla

Kiihkeästi ennustettu kvanttitietotekniikka vaatii uudenlaisen piiritekniikan eli nykyisten tietokoneiden transistoreihin verrattavissa olevien toimintojen kehittämistä.

Marylandin yliopiston ja Joint Quantum Instituten (JQI) tutkijat ovat yhdessä kehittäneet kvanttiyhteensopivan piirin esittelemällä ensimmäisen yhden fotonin transistorin puolijohdesirulla. Fotonit ovat lisänneet kubittien toteutusten valinnanvaraa, koska ne voivat nopeasti siirtää informaatiota pitkiä matkoja ja ne ovat yhteensopivia nykytekniikan kanssa.

Ongelmana on että fotonien pitää toimia vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, mitä ei tavallisesti tapahdu.

Marylandin tutkijatiimi on hyödyntänyt kvanttimuistia saadakseen fotonit vuorovaikutteiseksi ja luoneet ensimmäisen puolijohteesta valmistetun yksittäisen fotonin kytkintransistorin. Teknisesti siinä hyödynnettiin fotonisen kiteen kaviteettiin upotettua kvanttipistettä.

"Meidän transistorilla pitäisi pystyä ajamaan kvanttiportteja fotonien välillä", toteaa professori Edo Waks. "Ohjelmisto, joka toimii kvanttitietokoneessa, voisi käyttää tällaisten operaatioiden sarjoja, jotta voidaan saavuttaa eksponentiaalinen nopeuttaminen tietyille laskennallisille ongelmille.

Queenslandin yliopiston (UQ) johtama tutkijatiimi on puolestaan kehittänyt piisirun, joka voi ohjata yksittäisiä fotoneja pitkin aaltoputkia koodaamaan ja käsittelemään kvanttibittien eli kubittien informaatiota.

Professori Timothy Ralph UQ:n Centre for Quantum Computation and Communication Technologystä kertoo, että fotonien käyttö tällä tavoin voisi lisätä niiden tehtävien määrää ja tyyppejä, joilla tietokoneet voivat toimia.

Bristolin yliopistossa tehdyt kokeet osoittivat, että on mahdollista hallita kahta kubittia informaatiota yhdellä integroidulla piisirulla.

"Tämä tarkoittaa sitä, että olemme luoneet tehokkaasti ohjelmoitavan koneen, joka voi suorittaa erilaisia tehtäviä. "Laitetta on jo käytetty useiden erilaisten kvantti-informaation kokeiden toteuttamiseen ajaen lähes 100 000 erilaista uudelleenohjelmoitua asetusta", professori Ralph toteaa.

Tutkijoiden mukaan yksittäisien fotonien innovaatiosta hyötynee tulevaisuudessa myös tavanomaisemmat kannettavat tietokoneet ja älypuhelimet.

Aiheesta aiemmin:

Muisti yksittäisistä fotoneista