Saada kvanttitietokoneita yhteen

Visualisointi VSi-keskuksesta, joka on integroitu nanofotoniseen SiC-aaltoputkeen.

Lupaava reitti kohti suurempia kvanttitietokoneita on orkestroida useita tehtäviä varten optimoituja pienempiä järjestelmiä yhteen. Kahden järjestelmän yhdistämiseksi ja lomittamiseksi dynaamisesti, fotoni-interferenssi tulee tehokkaaksi menetelmäksi, koska se on yhteensopiva sirupiirien kanssa ja pitkän matkan siirrolle kvanttiverkoissa.

Suurempi kuva

Yksi suurimmista kvanttifotoniikan kaupallistamisen esteistä on skaalautuvien kvanttijärjestelmien nanomittakaavainen valmistus ja integrointi.

Äskettäin kansainvälisten tutkijoiden Nature Materialsissa julkaistu työ osoittaa, kuinka integraation este voidaan voittaa.

Työssä toteutettiin piikarbidin värikeskusten valmistusta ja nanofotoniseen aaltoputkeen integrointia, tavalla jossa spin-optinen koherenssi säilyy.

"Lähestymistapamme avulla voimme osoittaa, että värikeskustemme erinomaiset spinoptiset ominaisuudet säilyvät nanofotonisen integraation jälkeen," sanoo Florian Kaiser, Stuttgartin yliopiston apulaisprofessori ja tämän projektin ohjaaja.

"Kvanttirakenteidemme vankkuuden ansiosta saimme tarpeeksi väljyyttä ajaa kvanttiportteja useissa ydinspinien kubiteissa. Koska näillä spineillä on erittäin pitkät koherenssiajat, ne soveltuvat erinomaisesti pienten kvanttitietokoneiden toteuttamiseen.

Tutkimuksemme osoittavat, että värikeskuksen emittoima valo, joka kuljettaa kvantti-informaatiota sirun läpi, voi edetä tehokkaasti tietyn optisen tilan kautta. Tämä on keskeinen johtopäätös värikeskusten integroinnista muihin fotonisiin rakenteisiin, kuten nano-onkaloihin, optisiin kuituihin ja yksifotonisiin ilmaisimiin, joita tarvitaan kvanttiverkon ja laskennan täydellisten toimintojen toteuttamiseen, kertoo Marina Radulaski, Kalifornia Davis yliopiston apulaisprofessori.

Erityisen mielenkiintoisen piikarbidialustasta tekee sen CMOS-yhteensopivuus. Lisäksi tutkijat haluavat toteuttaa puolijohdepiirejä spin-kubittiensa kvanttitilojen sähköiseksi alustamiseksi ja lukemiseksi.

"Sähköisen ohjauksen maksimointi – perinteisen optisen laserohjauksen sijaan – on tärkeä askel kohti järjestelmän yksinkertaistamista. Tehokkaan nanofotoniikan ja sähköisen ohjauksen yhdistelmä antaa meille mahdollisuuden integroida luotettavasti useampia kvanttijärjestelmiä yhdelle sirulle, mikä johtaa merkittäviin suorituskyvyn parannuksiin,” toteaa Florian Kaiser.

”Tässä mielessä olemme vasta piikarbidisten värikeskusten kvanttiteknologioiden kynnyksellä. Onnistunut nanofotoninen integraatiomme ei ole vain jännittävä hajautetun kvanttilaskennan mahdollistaja, vaan se voi myös parantaa kompaktien kvanttianturien suorituskykyä.”

Aiheesta aiemmin:

Spin-kubitin hallintaa

Kvanttipisteet voivat "puhua" keskenään

Lomittumista huonelämpöisessä puolijohteessa