Коллектив ученых из Южной Кореи добился значительных успехов в создании интегральной квантовой схемы с использованием фотонов для управления восемью кубитами. Эта система, разработанная в Институте электроники и телекоммуникаций (ETRI), позволяет исследовать разнообразные квантовые феномены, включая многочастичную запутанность, возникающую благодаря взаимодействию фотонов.
ETRI зарекомендовал себя в области квантовых схем на основе кремниевых фотонов, ранее представив квантовую запутанность в 2-кубитных и 4-кубитных системах с выдающимися результатами в производительности 4-кубитного кремниево-фотонного чипа. Эти успехи стали возможны благодаря сотрудничеству с Корейским научно-технологическим институтом (KAIST) и Университетом Тренто в Италии и опубликованы в научных изданиях Photonics Research и APL Photonics.
Накануне ETRI показал способность достичь 6-кубитной запутанности с использованием новейшего чипа, разработанного для управления 8-фотонными кубитами, что представляет собой рекордное достижение для кремниево-фотонных чипов в квантовых состояниях.
Фотонные квантовые схемы являются одними из самых перспективных технологий для создания многообещающих квантовых компьютеров. Несколько фотонных кубитов могут быть компактно упакованы в кремниевый чип, а множество таких чипов могут быть соединены через оптические волокна в масштабную сеть кубитов. Такие компьютеры обладают рядом преимуществ, включая возможность работы при комнатной температуре и низкое энергопотребление.
Фотонный кубит кодируется путём использования двух путей для передачи фотона, где один путь обозначает 0, а другой — 1. Схема для 4 кубитов требует 8 путей передачи, а для 8 кубитов — 16 путей. Управление квантовыми состояниями происходит на фотонном чипе, где размещены источники фотонов, оптические фильтры и линейно-оптические переключатели, с измерением, обеспечиваемым высокочувствительными однофотонными детекторами.
8-кубитный чип от ETRI оснащён 8 источниками фотонов и приблизительно 40 оптическими переключателями для управления путями фотонов. Около половины из этих переключателей функционируют как линейно-оптические квантовые вентили. Такая установка открывает путь для создания квантового компьютера, измеряющего конечные квантовые состояния через однофотонные детекторы.
Команда исследователей измерила эффект Хонг-Оу-Манделя — квантовый феномен, где два разных фотона, прибывающих с разных направлений, могут интерферировать и двигаться вместе по одному траектории. Также была продемонстрирована запутанность 4 кубитов на интегральной схеме (5 мм x 5 мм).
В последнее время учёные расширили свои эксперименты до 8-фотонной схемы (10 мм x 5 мм). В этом году они планируют создание 16-кубитных чипов, а их дальнейший план предполагает увеличение масштаба до 32 кубитов, в ходе текущих исследовательских усилий в области квантовых вычислений.
Юн Чун-Джу, заместитель директора отдела квантовых исследований ETRI, прокомментировал: «Мы намерены усовершенствовать наш квантовый облачный сервис. Наша основная цель — создание систем лабораторного масштаба для укрепления исследовательских возможностей в сфере квантовых вычислений».
Ли Чон Му, ведущий проект по квантовым вычислениям в ETRI, добавил: «Внедрение квантовых компьютеров активно исследуется на глобальном уровне. Однако для достижения практических квантовых вычислений необходимо многолетнее исследование, особенно в части преодоления вычислительных ошибок, вызванных шумом в квантовых процессах».
Источник: iXBT
