Kvantarvutid peavad tõenäoliselt hakkama koosnema erinevat tüüpi osadest, mis peavad omavahel informatsiooni jagama nii, nagu mälu ja loogika vooluringid seda tänapäevastes arvutites teevad. Seda tüüpi infovahetuse saavutamise väljavaated on seni tundunud peaaegu saavutamatutena. Nüüd aga on füüsikute meeskond Rahvuslikust Standardite ja Tehnoloogia Ülikoolist (National Institute of Standards and Technology – NIST) näidanud esmakordselt, kuidas need osad võiksid omavahel tõhusalt suhelda.
Kvantarvutite väljatöötamine on kauaoodatud potentsiaalne lahendus seni tõrksalt lahenduvatele probleemidele, näiteks keeruliste krüptimiskoodide lahtimurdmisele. See eesmärk on inspireerinud teadlasi üle maailma leiutama uusi seadmeid, mis võiks sobida nende masinate „ajudeks“ ja mäluks. Paljud neist imeväikestest seadmetest kasutavad valgust ehk footoneid, kandmaks informatsioonibitte, mida kvantarvutid oma tööks vajavad, kirjutab Physorg.com.
1) Kvantpunkt toodab ühe üksiku footoni. Samaaegselt toodetakse parameetrilise alla-pöörduva kristalli (parametric down-conversion crystal – PDC) abil footonite paar. 2) Üks PDC footonitest, millel on erinevad omadused kui kvantpunkti footonil, suunatakse õõnsusesse ja filtrisse, 3) mis muudab PDC footoni ja kvantpunkti footoni peaaegu identseteks. Pilt: Suplee, NIST
Kui need riistvara osad võivad eraldi sooritada mõningaid tööülesandeid hästi, ei täida tõenäoliselt ükski neist kõiki kvantarvuti ehitamiseks vajalikke funktsioone. See viitab asjaolule, et mitmed eri tüüpi kvantseadmed peavad töötama koos, et kindlustada arvuti või võrgustiku töö. Probleem seisneb aga selles, et need imeväikesed seadmed loovad tihti nii eriloomulisi footoneid, et nad ei ole võimelised kandma teineteise vahel informatsiooni kvantbitte. Väga erinevate footonite muutmine kaheks sarnaseks footoniks oleks esimene samm, võimaldamaks kvantinformatsiooni koostisosadel üksteisega suhelda pikkade vahemaade tagant. Seni on see eesmärk olnud tabamatu.
Uurimustöö meeskond on aga demonstreerinud, et on võimalik võtta kahest kokkusobimatust allikast footoneid ning neid osakesi muuta osaliselt eristamatuteks. Tõsiasi, et footoneid on võimalik „kokku sulandada“ nii, et nad muutuvad eristamatuteks, kaotamata nende olulisi kvantomadusi, viitab põhimõtteliselt sellele, et oleks võimalik ühendada mitmesuguseid riistvara seadmeid terviklikuks kvantinformatsiooni võrgustikuks. Meeskonna saavutus demonstreerib esmakordselt ka „hübriidsete“ kvantarvutite kokkupaneku põhimõttelist võimalikkust.
Meeskond ühendas üksikud footonid „kvantpunktist“, mis võivad olla kasulikud loogika vooluringides, teise, „parameetrilist allamuundamist“ (ingl.k. parametric down-conversion) kasutava üksiku footoni allikaga, mida võib olla võimalik kasutada arvuti erinevate osade ühendamiseks. Need kaks allikat toodavad tavapäraselt teineteisest spektraalse energia poolest niivõrd erinevaid footoneid, et neid poleks võimalik kasutada kvantvõrgustikus. Vilunud filtrite ja teiste seadmete valikuga, mis muudavad footonite spektraalseid omadusi, oli aga meeskonnal võimalik muuta footonid peaaegu identseteks.
„Me manipuleerime footonitega selleks, et nad oleksid võimalikult eristamatud spektri, asukoha ja polarisatsiooni poolest. Need on footoni kirjeldamiseks vajalikud detailid. Ülejäänud eristamatuse omistame kvantpunkti omadustele,“ sõnas Glenn Solomon NIST’i Kvantmõõtmise Osakonnast. „Ükski mõeldav mõõtmisviis ei erista neid footoneid üksteisest. Tulemused tõestavad põhimõtteliselt, et hübriid-kvantarvuti võrgustiku loomine on võimalik ning selle mõõtkava on võimalik suurendada kvantvõrgustikus kasutamiseks.“
Teadusartikkel: ,,Coalescence of single photons from dissimilar single-photon sources“
Leave a Reply