Международная коллаборация физиков из Австрии и Китая разработала фундаментальный компонент для оптических квантовых компьютеров — инновационный логический вентиль. Устройство позволяет проводить вычисления, задействуя пары фотонов, которые одновременно находятся в четырех различных квантовых состояниях или их суперпозициях.
В отличие от традиционных вычислительных машин, ограниченных бинарным кодом, квантовые архитектуры используют эффект суперпозиции, позволяющий частице пребывать в нескольких состояниях сразу. Если в стандартных схемах применяются кубиты (двухуровневые системы), то в более прогрессивных моделях используются кудиты — информационные единицы, способные принимать множество значений.
Переход на кудиты сулит значительный прирост производительности, однако требует прецизионного контроля над их взаимодействием. Исследователи из Вены разработали теоретическую базу для совместной обработки таких состояний, а их коллеги в Китае успешно верифицировали концепцию в лабораторных условиях, сконструировав действующий квантовый гейт.
Источник: Nature Photonics (2026). DOI: 10.1038/s41566-026-01846-x
В классической квантовой оптике обычно манипулируют поляризацией света, имеющей лишь два базовых состояния. В данной же работе авторы предложили альтернативную парадигму.
«Наш подход к использованию фотонов радикально отличается от традиционного», — поясняет Николай Фрис (Nicolai Friis) из Института атомной и субатомной физики Венского технического университета. — «В центре нашего внимания находится не поляризация, а пространственная конфигурация световой волны, обусловленная её орбитальным угловым моментом».
Такая морфология волны предоставляет богатый набор вариаций, что позволяет кодировать на порядок больше данных в одной частице. С помощью специализированных инструментов управления физики научились объединять фотоны в запутанные пары, а затем, при необходимости, возвращать их в исходное состояние.
Подобные манипуляции — так называемые запутывающие квантовые вентили — служат фундаментом для проектирования полнофункциональных квантовых процессоров. В текущей серии экспериментов ученые оперировали четырьмя уровнями, что фактически соответствует вычислениям в «четырехмерном пространстве» квантовых состояний.
По мнению авторов исследования, данная технология открывает путь к созданию компактных и сверхмощных оптических вычислительных систем, способных решать сложнейшие задачи, которые остаются недоступными для классических суперкомпьютеров.
Источник: iXBT
