Исследователи из Гарвардского университета создали новый метод проведения сложных квантовых операций с помощью одного оптического плоского устройства. Это устройство, известное как метаповерхность, способно выполнять функции нескольких традиционных оптических компонентов, решая одну из главных технических проблем в области обработки квантовой информации на основе фотонов.
«В погоне за практическими квантовыми компьютерами и сетями фотоны – фундаментальные частицы света – открывают увлекательные возможности как быстрые носители информации при комнатной температуре», – говорится в прессрелизе исследователей.
Однако управление фотонами обычно требует большого количества отдельных компонентов – линз, зеркал, светоразделителей. Для квантовой запутанности фотонов – процесса, необходимого для параллельных вычислений – требуются сложные сети таких частей.
"Такие системы известны своей сложностью масштабирования из-за большого количества компонентов и несовершенства, возникающих при выполнении вычислений или создании сетей", - поясняется в сообщении.
Одна метаповерхность вместо сложных систем
Команда из Гарвардской инженерной школы имени Джона Полсона (SEAS) под руководством профессора Федерико Капассо разработала единственную метаповерхность, способную заменить такие сложные конструкции.
Метаповерхность — это ультратонкое плоское устройство, покрытое наноструктурами, размеры которых меньше длины волны света. Эти структуры согласованно изменяют свойства света – его фазу, поляризацию и т.д.
"Мы представляем серьезное технологическое преимущество в решении проблемы масштабируемости", - отметил Кэролос М.А. Юсеф, аспирант и первый автор научной работы. «Теперь мы можем уменьшить всю оптическую систему до единой метаповерхности, которая очень стабильна и надежна».
Разработка нового процесса проектирования
Ключевым достижением исследователей стала разработка нового процесса проектирования, способного справиться со сложной математикой многофотонных квантовых состояний. Для этого они использовали теорию графов – раздел математики, изучающий связи в сетях. В этом контексте точки и линии графа представляют интерференционные пути, которые должны пройти фотоны. Этот абстрактный граф затем переводится в физическое расположение наноструктур метаповерхности.
"Благодаря подходу с графами метаповерхность и квантовое состояние света становятся, в определенном смысле, двумя сторонами одной медали", - отметил ученый Нил Синклер. Такой метод обеспечивает системный подход к созданию устройства, необходимого для формирования заданного квантового сложного состояния.
По материалам interestingengineering.com
Войдите или зарегистрируйтесь