Физики из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS), возглавляемые Ларко Лончаром, сделали значительный прорыв в области квантовых вычислений. Они создали устройство — фотонный маршрутизатор, который преобразует микроволновые квантовые сигналы в оптические импульсы. Это открытие может привести к формированию глобальных квантовых сетей, использующих существующую оптоволоконную инфраструктуру — миллионы километров кабелей, через которые сегодня проходит свет для интернета и телекоммуникаций. Новая технология обещает сделать квантовые компьютеры более практичными и масштабируемыми.
Квантовые компьютеры, основанные на сверхпроводящих микроволновых кубитах, обладают некоторыми преимуществами: они легко расширяются, стабильны и совместимы с современными технологиями производства. Однако имеется сложность: такие кубиты требуют сложных систем охлаждения для поддержания крайне низких температур, необходимых для их работы. Чем больше кубитов в системе, тем сложнее становятся системы охлаждения, что делает масштабирование микроволновых технологий весьма сложной задачей. Новый фотонный маршрутизатор решает эту проблему, преобразуя микроволновые сигналы в световые импульсы, которые могут передаваться на дальние расстояния с минимальными потерями через оптоволокно.
Миниатюрное устройство, разработанное командой, представляет собой чип длиной всего 2 миллиметра, установленный на подложке размером 2 сантиметра. Оно изготовлено из ниобата лития, материала, который обеспечивает эффективное взаимодействие между микроволновым резонатором и двумя оптическими резонаторами. В лабораторных условиях исследователи смогли добиться преобразования микроволновой энергии в свет с эффективностью 1,18%, сохранив минимальный уровень шумов. Это стало возможным благодаря сотрудничеству с Rigetti Computing, предоставившей платформу для сверхпроводящих кубитов, а также с исследователями из Чикагского университета и MIT. Чипы для экспериментов были изготовлены в Центре наноразмерных систем Гарварда.
Оптические фотоны имеют ряд преимуществ перед микроволнами: они обладают более высокой энергией и устойчивы к тепловым шумам, а оптоволокно обладает плохой теплопроводностью, снижая нагрев системы. Кроме того, свет позволяет передавать информацию с меньшими потерями на большие расстояния, что решает проблемы микроволновых кабелей, которые громоздки и чувствительны к внешним воздействиям. Таким образом, фотонный маршрутизатор не только упрощает управление кубитами, но и делает возможной их связь через свет.
«Мы ещё находимся на пути к полноценным квантовым сетям, но это достижение приближает нас к этой цели», — утверждает Хана Уорнер, ведущий автор исследования. — «Оптические фотоны отлично подходят для передачи информации, обеспечивая высокую скорость, низкие потери и высокую пропускную способность».
Устройство способно не только управлять кубитами, но и преобразовывать их состояния в свет для надежной передачи между разными узлами сети. Следующая цель команды — обеспечить стабильную генерацию и передачу квантовой запутанности с помощью света, что является уникальным состоянием, связывающим кубиты.
Источник: iXBT
