Moduuli kvantti-informaation siirrolle

MIT:n tutkijat ovat kehittäneet kvanttilaskennan arkkitehtuuria suuntaan, joka mahdollistaa laajennettavan, korkealaatuisen viestinnän suprajohtavien kvanttiprosessorien välillä.

He osoittavat yksittäisten mikroaaltofotonien deterministisen emission käyttäjän määrittelemään suuntaan. Menetelmä varmistaa kvantti-informaation virtauksen oikeaan suuntaan yli 96 prosenttia ajasta.

"Mahdollisuus kommunikoida pienempien osajärjestelmien välillä mahdollistaa modulaarisen arkkitehtuurin kvanttiprosessoreille ja tämä voi olla yksinkertaisempi tapa skaalata suurempiin järjestelmäkokoihin verrattuna raa'an voiman lähestymistapaan, jossa käytetään yhtä suurta ja monimutkaista sirua", sanoo PhD Bharath Kannan.

Nyt kehitettyä moduuliratkaisua käyttämällä aaltojohteessa voidaan toimia kaksisuuntaisesti ja kun moduulia voidaan käyttää sekä lähettimenä että vastaanottimena fotoneja voidaan lähettää ja kaapata pitkin aaltojohdetta.

Tämän saavuttamiseksi tutkijat rakensivat neljästä suprajohdekubitista koostuvan moduulin, jonka kubitteja voidaan käyttää fotoniemittereinä. Energian lisääminen kubittiin saa kubitin virittymään ja kun se sitten purkautuu, kubitti emittoi energiaa fotonin muodossa.

Pelkästään yhden kubitin yhdistäminen aaltojohteeseen ei kuitenkaan takaa suuntaavuutta. Joten tutkijat käyttävät kahta kubittiä ja kvantti-interferenssiä varmistaakseen, että emittoitunut fotoni kulkee oikeaan suuntaan.

Tekniikka käsittää kahden kubitin valmistelemisen yksittäisen virityksen lomittuneeseen tilassa, jota kutsutaan Bell-tilaksi. Siihen liittyy kaksi aspektia: Vasen ja oikea kubitti ovat viritettyjä ja olemassa samanaikaisesti mutta kumpi kubitti on virittynyt tietyllä hetkellä, sitä ei tiedetä.

Kun kubitit ovat Bell-tilassa, fotoni emittoituu tehokkaasti aaltojohteeseen kahdessa kubittipisteessä samanaikaisesti ja nämä kaksi "emissiopolkua" interferoivat toisiaan. Riippuen Bell-tilan suhteellisesta vaiheesta, tuloksena olevan fotoniemission täytyy kulkea vasemmalle tai oikealle. Valmistelemalla Belli-tila oikealla vaiheella tutkijat valitsevat suunnan, johon fotoni kulkee aaltojohteessa.

Tutkijat voivat käyttää samaa tekniikkaa, mutta päinvastoin, vastaanottaakseen fotonin toisessa moduulissa. Fotonilla on tietty taajuus, tietty energia ja moduulin voi valmistella vastaanottamaan sen virittämällä sen samalle taajuudelle. Jos ne eivät ole samalla taajuudella, fotoni vain kulkee ohi.

"Työ esittelee on-demand-kvanttiemitteriä, jossa lomittuneesta tilasta emittoituneen fotonin interferenssi määrittää suunnan ja ilmentää kauniisti aaltojohteen kvanttielektrodynamiikan voimaa", sanoo Yasunobu Nakamura, RIKEN-kvanttilaskentakeskuksen johtaja, joka ei ollut mukana tässä tutkimuksessa.

"Sitä voidaan käyttää täysin ohjelmoitavana kvanttisolmuna, joka voi emittoida/absorboi/läpäistä/tallentaa kvantti-informaatiota kvanttiverkossa ja liitäntänä väylälle, joka yhdistää useita kvanttitietokonesiruja."

Aiheesta aiemmin:

Uusia kubittiratkaisuja