elektrotechnik AUTOMATYK
Reklama
Reklama

Komputer kwantowy z gotowych elementów?

Pixabay
Reklama
Reklama

Stosunkowo prosty projekt komputera kwantowego, wykorzystującego pojedynczy atom do manipulowania fotonami, można by skonstruować z obecnie dostępnych komponentów.

Dzisiejsze komputery kwantowe są skomplikowane w budowie i trudne do skalowania. Wyzwania te skłoniły naukowców do zbadania możliwości zbudowania komputerów kwantowych, które działają przy użyciu fotonów – cząstek światła. Fotony mogą z łatwością przenosić informacje z jednego miejsca do drugiego, a fotoniczne komputery kwantowe mogą działać w temperaturze pokojowej, więc to podejście jest obiecujące. Jednak chociaż ludzie z powodzeniem stworzyli indywidualne „bramki logiczne” kwantowe dla fotonów, trudno jest skonstruować dużą liczbę bramek i połączyć je w niezawodny sposób w celu wykonania złożonych obliczeń.

Reklama

Teraz naukowcy ze Stanford University zaproponowali prostszy projekt fotonicznych komputerów kwantowych przy użyciu łatwo dostępnych komponentów. Zaproponowany przez nich projekt w celu manipulowania pojedynczym atomem wykorzystuje laser. Poprzez zjawisko zwane „teleportacją kwantową” można modyfikować stan fotonów. Atom może zostać zresetowany i ponownie użyty w wielu bramkach kwantowych, eliminując potrzebę budowania wielu odrębnych bramek fizycznych, co znacznie zmniejsza złożoność budowy komputera kwantowego.

Zwykle, jeśli chciałbyś zbudować tego typu komputer kwantowy, musiałbyś wziąć potencjalnie tysiące emiterów kwantowych, uczynić je całkowicie nieodróżnialnymi, a następnie zintegrować je w gigantyczny obwód fotoniczny – powiedział Ben Bartlett, doktorant w zakresie fizyki stosowanej. – Podczas gdy w przypadku tego projektu potrzebujemy tylko garstki stosunkowo prostych komponentów, a rozmiar maszyny nie zwiększa się wraz z rozmiarem programu kwantowego, który chcesz uruchomić.

Reklama

Ta niezwykle prosta konstrukcja wymaga jedynie kilku elementów wyposażenia: kabla światłowodowego, rozdzielacza wiązki, pary przełączników optycznych i wnęki optycznej. Na szczęście te komponenty już istnieją, a nawet są dostępne na rynku. Są również stale udoskonalane, ponieważ aktualnie używa się ich w aplikacjach innych niż obliczenia kwantowe. Na przykład firmy telekomunikacyjne od lat pracują nad udoskonaleniem kabli światłowodowych i przełączników optycznych.

To, co tutaj proponujemy, opiera się na wysiłkach i inwestycjach, jakie ludzie włożyli w ulepszenie tych komponentów – powiedział Shanhui Fan, profesor Joseph i Hon Mai Goodman w School of Engineering. – Nie są to nowe komponenty przeznaczone specjalnie do obliczeń kwantowych.

Projekt naukowców składa się z dwóch głównych części, czyli pierścienia akumulacyjnego i jednostki rozpraszającej. Pierścień pamięci, który działa podobnie do pamięci w zwykłym komputerze, jest pętlą światłowodową zawierającą wiele fotonów, które przemieszczają się po pierścieniu. Analogicznie do bitów przechowujących informacje w klasycznym komputerze, w tym systemie każdy foton reprezentuje bit kwantowy, czyli „kubit”. Kierunek przemieszczania się fotonu wokół pierścienia akumulacyjnego określa wartość kubitu, która może wynosić 0 lub 1. Dodatkowo, ponieważ fotony mogą jednocześnie istnieć w dwóch stanach, pojedynczy foton może płynąć w obu kierunkach jednocześnie i reprezentować wartość będącą jednocześnie kombinacją 0 i 1.

Naukowcy mogą manipulować fotonem, kierując go z pierścienia akumulacyjnego do jednostki rozpraszającej, gdzie przemieszcza się on do wnęki zawierającej pojedynczy atom. Foton wchodzi następnie w interakcję z atomem, powodując „splątanie”, zjawisko kwantowe, w którym dwie cząstki mogą wpływać na siebie nawzajem nawet na duże odległości. Następnie foton wraca do pierścienia magazynującego, a laser zmienia stan atomu. Ponieważ atom i foton są splątane, zarządzanie atomem wpływa również na stan jego sparowanego fotonu.

Poprzez pomiar stanu atomu można teleportować operacje na fotony – powiedział Bartlett. – Potrzebujemy więc tylko jednego kontrolowanego kubitu atomowego i możemy go użyć jako proxy do pośredniego manipulowania wszystkimi innymi kubitami fotonicznymi.

Ponieważ dowolną bramkę logiki kwantowej można skompilować w sekwencję operacji wykonywanych na atomie, w zasadzie można uruchomić dowolny program kwantowy o dowolnej wielkości, używając tylko jednego sterowanego kubitu atomowego. Aby uruchomić program, kod jest tłumaczony na sekwencję operacji, które kierują fotony do jednostki rozpraszającej i manipulują kubitem atomowym. Ponieważ można kontrolować sposób interakcji atomu i fotonów, to samo urządzenie jest w stanie obsługiwać wiele różnych programów kwantowych.

W przypadku wielu fotonicznych komputerów kwantowych bramy są fizycznymi strukturami, przez które przechodzą fotony, więc jeśli chcesz zmienić uruchomiony program, często wiąże się to z fizyczną rekonfiguracją sprzętu – powiedział Bartlett. – Podczas gdy w tym przypadku nie trzeba zmieniać sprzętu. Wystarczy jedynie przekazać maszynie inny zestaw instrukcji.

Źródło: Stanford University

Reklama

O Autorze

Czasopismo elektrotechnik AUTOMATYK jest pismem skierowanym do osób zainteresowanych tematyką z zakresu elektrotechniki oraz automatyki przemysłowej. Redakcja online czasopisma porusza na stronie internetowej tematy związane z tymi obszarami – publikuje artykuły techniczne, nowości produktowe, a także inne ciekawe informacje mniej lub bardziej nawiązujące do wspomnianych obszarów.

Tagi artykułu

Zobacz również

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama