Uusi lähestymistapa seuraavan tason kvanttilaskentaan

Kvanttilaskenta edustaa potentiaalista läpimurtoteknologiaa mutta käytännöllisten, laajamittaisten kvanttitietokoneiden kokoaminen on kuitenkin edelleen haastavaa.

Joissakin kvanttilaskentajärjestelmissä yksittäisiä ioneja (varattuja atomeja, kuten strontiumia) vangitaan ja altistetaan sähkömagneettisille kentille, mukaan lukien lasersäteelle, tiettyjen vaikutusten aikaansaamiseksi, joita käytetään laskelmien suorittamiseen.

Tällaiset piirit vaativat useiden eri valon aallonpituuksien syöttämistä laitteen eri kohtiin, mikä tarkoittaa, että lukuisia lasersäteitä on järjestettävä ja toimitettava oikein määrätylle alueelle. Näissä tapauksissa käytännön rajoitukset, jotka liittyvät useiden erilaisten valonsäteiden toimittamiseen tarkoitettuun kohteeseen, muodostavat vaikeuden.

Tämän ratkaisemiseksi Osakan yliopiston tutkijat selvittivät ainutlaatuisia tapoja toimittaa valoa loukun rajoitustilaan. Heidän työnsä tuotti energiatehokkaan nanofotonisen reitityspiirien tekniikan, jossa piirille muodostetut aaltojohteet risteämineen toimittavat kuusi erilaista lasersädettä kohteisiinsa. Näin vältetään se, että jokaiseen loukkuun täytyisi tuoda jokaiselle lasersäteelle oma optinen kuitu.

"Skaalautuvia, käytännöllisiä menetelmiä loukkuun jääneiden ionikvanttitietokoneiden fotonipiirien konfiguroimiseksi laservalon toimittamiseksi kohteisiinsa ei ole vielä kehitetty", sanoo Alto Osada. "Tämän haasteen ratkaisemiseksi halusimme luoda tehokkaan menetelmän, joka ottaa huomioon kaikki ioniloukun loukkuvyöhykkeet."

Osana tutkimusta aaltojohteet piti jakaa ja järjestellä uudelleen luovilla tavoilla piirien sisällä, jotta eri lasersäteet pääsisivät oikeisiin paikkoihin. Suunnittelussa piti myös ottaa huomioon mahdollisuus kytkeä lasersäteet päälle ja pois päältä erikseen samalla, kun saavutettiin paras mahdollinen energiatehokkuus.

”Työmme osoittaa, että tämä lähestymistapa voi mahdollistaa useita satoja kubitteja yhdellä sirulla”, Osada huomauttaa.

Tutkija analysoivat kahta nanofotonisten aaltojohteiden konfigurointimenetelmää ja vertailivat niitä laserin kokonaistehon häviön suhteen. Tämä työ avaa uudenlaisen maiseman fotonisen arkkitehtuurin suhteen loukkuun jääneiden ionien kvanttiteknologioille, mikä laajentaa integroidun fotoniikan soveltamisalaa kvanttiteknologioissa.

Tämä tutkimus tarjoaa jännittäviä viitteitä siitä, että samaa konseptia voitaisiin soveltaa paitsi kvanttilaskentaan myös edistyneiden optisten järjestelmien valmistukseen, mikä edustaa tärkeää teknologista läpimurtoa ja laajaa sovellusaluetta.

Aiheesta aiemmin:

Jäähdytysmenetelmä loukkuionien sirutason kvanttitietokoneille

Kvanttitietokoneen ionikubitit siirtyvät hienosti