Оптические квантовые компьютеры долгое время были в тени сверхпроводящих технологий, которые были ускорены огромными программами разработки, проводимыми такими технологическими гигантами, как IBM и Google. Сейчас ситуация меняется, одна из причин - ряд новаторских проектов, выполненных исследователями из центра фундаментальных исследований bigQ при DTU Physics.

Фактически, исследователи из DTU не ограничиваются простой разработкой отдельных компонентов для оптического квантового компьютера или просто квантового симулятора. Они упорно работают над созданием универсального оптического квантового компьютера, основанного на измерениях.

Хотя тип квантового компьютера, который разрабатывают исследователи DTU, концептуально сильно отличается от обычного компьютера, есть и общие черты.

Есть несколько базовых логических устройств (кубитов), которые несут информацию, и есть шлюзы, которые выполняют операции с одним или несколькими кубитами, тем самым реализуя алгоритм.

Демонстрация так называемого универсального набора вентилей и реализация ряда операций с их помощью - это именно то, что составляет новый прорыв в оптических квантовых вычислениях.

«Наша демонстрация универсального набора ворот абсолютно необходима. Это означает, что любой произвольный алгоритм может быть реализован на нашей платформе с правильными входными данными, а именно с оптическими кубитами. Компьютер полностью программируемый », - говорит Миккель Вилсбёлл Ларсен, который был главной движущей силой этой работы и недавно защитил докторскую диссертацию. учится в ДТУ.

Потенциал квантового компьютера огромен, а его резко возросшая вычислительная мощность по сравнению со стандартными компьютерами на базе транзисторов позволит осуществить прорывные инновации в широком спектре областей, имеющих большое значение для Дании, таких как фармацевтическая промышленность, оптимизация транспортного сектора и т. Д. и разработка материалов для улавливания и хранения углерода.

Решающим фактором в реализации этого потенциала является то, что квантовый компьютер реализован на платформе, масштабируемой до тысяч кубитов, объясняет старший научный сотрудник Йонас С. Нергаард-Нильсен, который является одним из оплотов этой работы.

«Теоретически нет никакой разницы между основанием квантового компьютера на сверхпроводящих или оптических кубитах. Но есть решающее практическое различие. Сверхпроводящие квантовые компьютеры ограничены количеством кубитов, изготовленных на конкретном чипе процессора. В нашей системе мы постоянно создаем новые и квантово-механически связываем их с теми, над которыми мы проводим вычисления. Это означает, что нашу платформу легко масштабировать ».

«Кроме того, нам не нужно все охлаждать в больших криостатах. Вместо этого мы можем делать все это при комнатной температуре в оптических волокнах. Тот факт, что система основана на оптических волокнах, также означает, что ее можно напрямую подключить к будущему квантовому Интернету без сложных посредников ».

Исследователи прошли этап масштабирования еще в 2019 году, когда - в статье в Science - они рассказали, как одними из первых в мире они создали базовую структуру для оптического квантового компьютера, основанного на измерениях, - так ... называется двумерным кластерным состоянием с более чем 30 000 запутанных состояний света.

Хотя у них может возникнуть соблазн почивать на лаврах ненадолго, у группы исследователей уже есть новые цели.

Ранее в этом году они разработали и запатентовали полную теоретическую основу того, как их технология может также включать исправление ошибок в долгосрочной перспективе. Это одна из самых серьезных современных проблем для технологии квантовых вычислений.

«Это важный результат исследования, который мы только что опубликовали, и мы им гордимся. Но наши амбиции идут гораздо дальше. Долгосрочная цель - создать квантовый компьютер, который сможет решать соответствующие проблемы и реализовать потенциал, к которому мы все стремимся », - говорит профессор Ульрик Л. Андерсен, глава bigQ и руководивший всей исследовательской программой.

«Мы знаем, что нужно, чтобы разместить нашу текущую технологию на оптическом чипе и внедрить исправление ошибок, и у нас есть соответствующие международные отношения сотрудничества. То же самое и в корпоративном секторе, где компании стремятся вместе с нами разрабатывать сценарии использования ».

Другими словами, исследователи DTU готовы к следующим вызовам и сделать следующий шаг от фундаментальных исследований к инновациям. Фактически, не хватает только финансирования.