Fotonien suodattaminen parempia kvanttitietokoneita varten

Kvanttitietokoneet vaativat usein satoja komponentteja yhden luotettavan kubitin tuottamiseen, mikä tekee skaalaamisesta monimutkaista ja kallista.

University of Twenten tohtorikoulutettava Frank Somhorst on kehittänyt menetelmän erityisesti fotonisille kvanttitietokoneille näiden kustannusten vähentämiseksi.

Hänen menetelmänsä yhdistää useita epätäydellisiä fotoneja yhdeksi fotoniksi, jolla on paremmat ominaisuudet. Konservatiivisen arvion mukaan tämä voi vähentää loogista kubittia kohden tarvittavien fotonien määrää nelinkertaisesti.

Kvanttitietokoneisiin investoidaan miljardeja dollareita maailmanlaajuisesti. Koska fotonit ovat erittäin stabiileja ja kulkevat sirujen läpi suurella nopeudella, ne ovat houkuttelevia rakenneosia skaalautuville kvanttitietokoneille.

Mutta on olemassa haittapuoli: yksi luotettava laskennallinen elementti vaatii usein satoja fotoneja. "Se tuntuu hukkaan heitetyltä", Somhorst sanoo. "Rakennat huippuluokan koneen, mutta konepellin alla heität pois valtavia määriä valoa virheiden korjaamiseksi. Halusin tietää: emmekö voisi tehdä tätä fiksummin?"

Luotettavien laskelmien tekemiseksi fotonien on oltava toisistaan erottamattomia. Laboratoriossa ne saattavat näyttää identtisiltä, mutta pienet erot voivat kaataa kaiken. Fotoni voi saapua hieman aikaisemmin kuin toinen, tai sen taajuus voi poiketa pienestä. Tällaiset erot johtavat virheisiin.

Frank Somhorst päätti tarttua ongelmaan sen lähteellä ja kehitti menetelmän fotonien "puhdistamiseksi". Hän kehitti optisen piirin, joka yhdistää useita epätäydellisiä fotoneja ja valitsee niistä parhaan tilan. "Sen sijaan, että jatkuvasti korjaisimme virheitä jälkikäteen, parannamme ensin itse valon laatua", hän sanoo. "Se on itse asiassa hyvin loogista. Jos syöte on parempi, tarvitset paljon vähemmän virheenkorjausta."

Vaikka useita epätäydellisiä fotoneja käytetään jokaisen "puhtaan" fotonin tuottamiseen, tarvittavien fotonien kokonaismäärä laskee jyrkästi. Hänen mallinsa osoittavat, että fotoneja tarvitaan neljä kertaa vähemmän.

 "Otimme tarkoituksella konservatiivisen lähestymistavan. Kaikki viittaa siihen, että hyödyt voivat olla suurempia, kun niitä sovelletaan skaalautuvasti, sanoo Somhorst."

Fotoniset kvanttitietokoneet ovat vielä lapsenkengissään, mutta fotonien laadun älykkäämpi hyödyntäminen voi auttaa tekemään järjestelmistä pienempiä, tehokkaampia ja edullisempia.

Aiheesta aiemmin:

Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus