Ученые из США соединили сверхпроводниковый квантовый компьютер с оптоволокном

Фото из открытых источников

Группа физиков из США разработала устройство, способное конвертировать микроволновые сигналы, применяемые в сверхпроводящих квантовых компьютерах, в инфракрасное излучение, передаваемое по стандартному оптоволокну. Пресс-служба Гарвардского университета сообщает, что данная разработка значительно упростит создание распределённых квантовых вычислительных систем, пишет ТАСС.

Хана Уорнер, научный сотрудник Гарвардского университета, подчеркнула важность этой разработки: "До создания первых подобных систем пока далеко, но для их появления нам необходимо найти удобный и практичный способ связывания их компонентов. Оптические фотоны являются одним из самых перспективных кандидатов на эту роль, так как они позволяют надежно переносить информацию с минимальными потерями и с максимально возможной скоростью".

Исследователи отмечают, что современное развитие квантовых компьютеров сталкивается с существенной проблемой: увеличение количества взаимодействующих кубитов ведёт к экспоненциальному росту случайных помех, которые нарушают квантовое состояние ячеек памяти и значительно сокращают время их функционирования. Решением этой проблемы может стать разделение квантового компьютера на множество независимых блоков из нескольких кубитов, связанных между собой посредством "квантового интернета".

Несмотря на значительный прогресс российских и зарубежных учёных в создании таких коммуникационных систем, их дальнейшее развитие тормозится двумя существенными ограничениями. Во-первых, через один канал связи можно одновременно передать информацию о квантовом состоянии лишь одной ячейки памяти. Во-вторых, для работы таких систем требуются температуры, близкие к абсолютному нулю, что невозможно обеспечить без громоздких охлаждающих установок, существенно ограничивающих возможности этих систем связи.

Американская исследовательская группа обнаружила способ обойти эти ограничения путём преобразования микроволновых сигналов, используемых для управления работой и обмена данными между кубитами в сверхпроводящих компьютерах, в инфракрасное или терагерцевое излучение. Этого можно достичь соединением одного из кубитов квантового компьютера с резонатором, изготовленным из тонких плёнок ниобата лития – материала, чьи оптические характеристики существенно меняются под воздействием электрических полей.

Эксперименты показали, что созданное устройство, имеющее длину всего два миллиметра, позволяет кубитам эффективно и с высокой вероятностью успеха как передавать информацию о своём состоянии во внешнюю среду, закодированную в свойствах частиц света, так и считывать её с поступающих фотонов. В будущем данная технология может значительно облегчить обмен информацией между различными блоками распределённых квантовых компьютеров.