Традиционно одним из злейших врагов квантовых компьютеров считался так называемый световой квантовый шум, однако теперь ученые считают, что именно он и позволит создать первые реально работающие квантовые чипы. В рамках нового исследования было сделано заключение о том, что "световой хаос" позволяет значительно лучше взаимодействовать в квантовых системах материи и свету. На основании этих знаний датские исследователи из Университета города Лингби планируют в ближайшие годы начать строительство простых квантовых вычислительных машин.
В общем, квантовая концепция сулит создание сверхбыстрых компьютеров, которые в реальном времени смогут симулировать те или иные химико-биологические процессы на нашей планете. До сих пор исследователи пытались создавать чистые и точные материалы, способные идеально точно улавливать свет, что необходимо для реализации квантовых вычислений. На практике работа с фотонами света оказывается чрезвычайно сложной, именно поэтому до сих пор так и не было создано ни одного реально работающего процессора.
В своем исследовании датские ученые экспериментально установили, что для создания квантовых чипов сверхточность не нужна и случайно организованные материалы смогут улавливать фотоны света ничуть не хуже, чем это делают идеально выравненные точные материалы.
"Мы использовали очень интересный и необычный подход. Мы отказались от упорядоченных структур и стали использовать беспорядок как ресурс. Мы просто решили использовать во благо то, что раньше мешало", - рассказывает Петер Лодал, один из авторов исследования.
На сегодня один из подходов в квантовых вычислениях полагается на выравнивание фотонов и атомов, или привязывание их квантовых состояний друг к другу настолько тесно, что они могут оказывать влияние друг на друга даже на значительных расстояниях. После выравнивания фотоны могут нести в себе любую информацию, хранящуюся в квантовом состоянии атома, в любые узлы компьютера. Чтобы получить выравненное состояние физики научились использовать свет для фиксации квантовых состояний таким образом, чтобы создавалось подобие квантовых итераций между двумя ближайшими атомами.
Петер Лодал и его коллеги решили отказаться от световых ловушек для фиксации. Они создали специальный волновой излучатель, специально оптимизированный для ориентации света в том или ином направлении. После этого свет беспрепятственно путешествовал в кристалле на основе арсенида галлия. Так как кристаллы позволяют свету отражаться значительно лучше, чем воздух, свет здесь должен проходить по многочисленным каналам.
Тем не менее, иногда свет отказывался проходить, "застревая" внутри кристалла. "Поначалу мы ломали голову над загадкой этого явления, но затем осознали, что это связано с несовершенством структур внутри кристалла. Таким образом, если несовершенные материалы могут выступить в качестве световой ловушки, то можно устанавливать связь между светом и материей со значительно меньшими затратами", - говорит Лодал.
Для того, чтобы увидеть, сможет ли это свойство помочь в захватывании света, датские исследователи создали волновод, пронизанный множеством случайных и несимметричных каналов. Также они встроили в него так называемые квантовые точки и полупроводники, которые могут излучать одновременно лишь один фотон. Волновод в данном случае выступал как связующее звено между атомами, которым предстояло "подравняться" под конкретные фотоны.
После захвата квантовых точек, произведенных при помощи лазера, физики пришли к заключению, что 94% фотонов сохраняли состояние близкое к их излучателю. Примерно такие же показатели были получены при использовании сверхточных материалов. Кроме того ученые установили, что квантовые точки излучали фотоны в 15 раз быстрее после того, как возле них формировался свет.
"Это первый ориентированный на практику подход в деле производства квантовых чипов. До сих пор полного квантового выравнивания нет, но важные шаги в этом направлении уже сделаны", - говорит Дерик Вирсма, физик из Европейской лаборатории нелинейной спектроскопии во Флоренции (Италия).
Источник: CyberSecurity
|
