Дослідники з Гарвардського університету створили новий метод проведення складних квантових операцій за допомогою одного плоского оптичного пристрою. Цей пристрій, відомий як метаповерхня, здатен виконувати функції кількох традиційних оптичних компонентів, вирішуючи одну з головних технічних проблем у сфері обробки квантової інформації на основі фотонів.
«У гонитві за практичними квантовими комп’ютерами та мережами фотони — фундаментальні частинки світла — відкривають захопливі можливості як швидкі носії інформації при кімнатній температурі», — йдеться у пресрелізі дослідників.
Однак керування фотонами зазвичай потребує великої кількості окремих компонентів — лінз, дзеркал, світлорозділювачів. Для квантової заплутаності фотонів — процесу, необхідного для паралельних обчислень — потрібні складні мережі таких частин.
«Такі системи відомі своєю складністю масштабування через велику кількість компонентів і недосконалості, що виникають при виконанні обчислень або створенні мереж», — пояснюється в повідомленні.
Одна метаповерхня замість складних систем
Команда з Гарвардської інженерної школи імені Джона А. Полсона (SEAS) під керівництвом професора Федеріко Капассо розробила єдину метаповерхню, здатну замінити такі складні конструкції.
Метаповерхня — це ультратонкий плоский пристрій, покритий наноструктурами, розміри яких менші за довжину хвилі світла. Ці структури узгоджено змінюють властивості світла — його фазу, поляризацію тощо.
«Ми представляємо серйозну технологічну перевагу у вирішенні проблеми масштабованості», — зазначив Керолос М.А. Юсеф, аспірант і перший автор наукової роботи. «Тепер ми можемо зменшити всю оптичну систему до єдиної метаповерхні, яка є дуже стабільною та надійною».
Розробка нового процесу проєктування
Ключовим досягненням дослідників стала розробка нового процесу проєктування, здатного впоратися зі складною математикою багатофотонних квантових станів. Для цього вони використали теорію графів — розділ математики, що вивчає зв’язки в мережах. У цьому контексті точки та лінії графа представляють інтерференційні шляхи, які мають пройти фотони. Цей абстрактний граф потім перекладається у фізичне розташування наноструктур на метаповерхні.
«Завдяки підходу з графами метаповерхня та квантовий стан світла стають, у певному сенсі, двома сторонами однієї медалі», — зазначив науковець Ніл Сінклер. Такий метод забезпечує системний підхід до створення пристрою, необхідного для формування заданого складного квантового стану.
За матеріалами interestingengineering.com
Увійдіть або зареєструйтесь