Sistemele de informații cuantice (computerele cuantice) promit capacități de calcul mai rapide și mai puternice decât computerele tradiționale, oferind potențiale soluții pentru cele mai complexe provocări din lumea științifică. Totuși, atingerea acestui potențial necesită construirea unor computere cuantice mai mari și mai interconectate. Scalarea acestor sisteme la dimensiuni mai mari și conectarea mai multor sisteme cuantice rămân însă o provocare.
Cercetătorii de la Universitatea din Chicago, Statele Unite, au realizat o descoperire prin combinarea a două tehnologii avansate: rețele de atomi capturate (trapped atom arrays) și dispozitive fotonice (photonic devices). Această abordare inovativă permite crearea de sistemele cuantice scalabile prin utilizarea fotonicii pentru interconectarea rețelelor individuale de atomi, fapt care deschide drumul spre progrese în computerele cuantice, simulări și rețele.
„Am combinat două tehnologii care, în trecut, nu au avut nimic de a face una cu cealaltă. Scalarea sistemelor cuantice nu este numai fundamentală, ci are și numeroase aplicații practice.” – Hannes Bernien, profesor asistent de inginerie moleculară
Rețelele de atomi neutri capturați în sisteme optice – raze laser puternice care pot ține atomii în loc – reprezintă o modalitate populară de construire a procesoarelor cuantice. Aceste rețele de atomi, atunci când sunt excitate la o secvență specifică, permit calcule cuantice complexe ce pot fi scalate până la mii qubits. Cu toate acestea, stările lor cuantice sunt fragile și pot fi perturbate cu ușurință – inclusiv de dispozitive fotonice care își colectează datele sub formă de fotoni.
Conectarea rețelelor de atomi cu dispozitivele fotonice a fost o provocare, datorită diferențelor fundamentale dintre cele două tehnologii. Tehnologia rețelelor de atomi se bazează pe lasere. Imediat ce sistemul este expus la un semiconductor sau la un cip fotonic, laserul este împrăștiat, ducând la probleme privind capturarea atomilor, detectarea lor și efectuarea calculelor.
Cipuri semideschise pentru computerele cuantice
Cercetătorii americani au proiectat un nou chip semideschis, care permite rețelelor de atomi să se conecteze la cipuri fotonice, depășind aceste provocări. În cadrul noii platforme, calculele cuantice pot fi realizate într-o regiune de calcul, iar apoi o mică parte a acelor atomi, conținând datele dorite, sunt transferați într-o nouă regiune de interconectare pentru integrarea în cipul fotonic.
„Avem două regiuni separate între care atomii se pot deplasa, una îndepărtată de cipul fotonic pentru calcule și alta apropiată de cipul fotonic pentru interconectarea mai multor rețele de atomi”, explică Noah Glachman, coautor al studiului. „Cipul are interacțiuni minime cu regiunile de calcul ale rețelei de atomi.”
Cavități nanofotonice
În regiunea de interconectare, qubitul interacționează cu un dispozitiv fotonic microscopic, care poate extrage un foton. Apoi fotonul poate fi transmis către alte sisteme prin intermediul fibrei optice. În final, aceasta înseamnă că numeroase rețele de atomi pot fi interconectate pentru a forma o platformă de calcul cuantic mai mare decât ar fi posibil cu o singură rețea.
Un alt punct forte al noului sistem este faptul că mai multe cavități nanofotonice pot fi conectat simultan la o singură rețea atomică. Pot exista sute de astfel de cavități și toate pot transmite informații cuantice în același timp. Aceasta duce la o creștere masivă a vitezei cu care informațiile pot fi transferate între modulele interconectate.
Sursa: SciTechDaily