Valolla kohti huonelämpöistä kvanttitietokonetta

Käytännöllisen kvanttitietokoneen kehittäminen vaatii yleiskäyttöisyyttä, skaalautuvuutta ja vikasietoisuutta. Vaikka paljon tutkituilla piirialustoilla, joissa kubittiryhmiä osoitetaan ja käsitellään erikseen, on edistytty paljon, sellaisten järjestelmien laajentaminen on vaikeaa.

Kaksikin kansainvälistä tutkijaryhmää ovat kehitelleet vaihtoehtoista tapaa: mittaukseen perustuvaa kvanttilaskentaa alustalla, joka perustuu suurten klusteritilojen luomiseen.

Tanskan kansallisen tutkimuksen säätiön huippuyksikön bigQ:n Ulrik Lund Andersen kertoo, että "Tutkijoiden vallitseva näkemys on, että kvanttimekaniikka on yleisesti pätevä teoria ja soveltuu siksi myös makroskooppiseen maailmaan. Tämä tarkoittaa, että kvantti-ilmiöitä pitäisi voida havaita suuressa mittakaavassa ja juuri sitä pyrimme tekemään.”

Uusimmassa työssään he ovat onnistuneet luomaan puristetun valon (squeezed light) lomitetut tilat huonelämpötilassa. Koska lomittuneet tilat käyttäytyvät yhtenä yksikkönä ja jos objektit mitataan erikseen, tulokset korreloituvat siinä määrin, että niitä ei voida kuvata klassisten luonnonlakien perusteella, vaan se on mahdollista vain kvanttimekaniikan avulla.

Pyrkiessään tarkkailemaan kvantti-ilmiöitä makroskooppisessa mittakaavassa, bigQ:n tutkijat onnistuivat luomaan kaksiulotteiseen hilaan 30 000 lomittuneen valopulssin verkon, joka on jakautunut tilassa ja ajassa.

Tällaisen laajan kvanttifyysisen lomittumisen asteen luominen on sinänsä mielenkiintoinen perustutkimus, mutta klusteritila on myös potentiaalinen voimavara optisen kvanttitietokoneen luomiseen. Lähestymistapa on mielenkiintoinen vaihtoehto suprajohtaville tekniikoille, koska kaikki tapahtuu huoneenlämmössä. Lisäksi tässä voidaan käyttää hyväksi laservalon pitkää koherenssiaikaa.

Koota kvanttiprosessoreita laservalosta

Kansainvälinen tutkijaryhmä Australiasta, Japanista ja Yhdysvalloista on puolestaan tuottanut klusterillaan peräti prototyypin laajamittaisesta laservaloilla toteutetusta kvanttiprosessorista.

"Vaikka nykypäivän kvanttiprosessorit ovat vaikuttavia, ei ole selvää, voidaanko nykyiset mallit skaalata erittäin suuriksi", toteaa RMIT Universityn Centre for Quantum Computation and Communication Technologyn (CQC2T) tohtori Nicolas Menicucci.

Tutkijoiden prosessori, jota kutsutaan klusteritilaksi, on koottu valosta ja se on siten äärimmäisen skaalautuva.

”Klusteritilan on oltava sekä riittävän suuri että oikeanlaisen lomittumisrakenteen mukainen, jotta se olisi hyödyllinen reaalimaailman ongelmissa”, tohtori Menicucci kertoo. "Meillä on ensimmäinen onnistuminen näissä kahdessa vaatimuksessa."

Klusteritilan aikaansaamiseksi erityiset kiteet muuntavat tavallisen laservalon tietyn tyyppiseksi kvanttivaloksi - puristettu valo, joka sitten kootaan klusteritilaan peilien, säteenjakajien ja optisten kuitujen verkon avulla.

Ryhmän suunnitelma sallii suhteellisen pienen kokeen luoda valtavan kaksiulotteisen klusteritilan, johon skaalautuvuus on sisäänrakennettu. Vaikka puristustasot - laadun mitta - ovat tällä hetkellä liian alhaiset käytännön ongelmien ratkaisemiseksi, suunnitelma on yhteensopiva lähestymistapojen kanssa, joilla voidaan saavuttaa huipputasoinen puristustaso.