Kvanttilaskenta edustaa mahdollista läpimurtoteknologiaa, joka voi ylittää nykyaikaisten{0}}laskentajärjestelmien tekniset rajoitukset joissakin tehtävissä. Käytännöllisten, suuren mittakaavan-kvanttitietokoneiden kokoaminen on kuitenkin edelleen haastavaa erityisesti monimutkaisten ja herkkien tekniikoiden vuoksi.
Joissakin kvanttilaskentajärjestelmissä yksittäiset ionit (varautuneet atomit, kuten strontium) jäävät loukkuun ja altistuvat sähkömagneettisille kentille, mukaan lukien laservalolle, tuottamaan tiettyjä vaikutuksia, joita käytetään laskelmien suorittamiseen. Tällaiset piirit vaativat useiden eri aallonpituuksien valon tuomista laitteen eri kohtiin, mikä tarkoittaa, että lukuisat lasersäteet on järjestettävä oikein ja toimitettava määrätylle alueelle. Näissä tapauksissa käytännön rajoitukset, jotka liittyvät monien eri valonsäteiden tuomiseen rajoitetussa tilassa, tulevat vaikeiksi.
Osakan yliopiston tutkijat tutkivat tämän ratkaisemiseksi ainutlaatuisia tapoja toimittaa valoa rajoitettuun tilaan. Heidän työnsä paljasti tehokkaan-nanofotonisen piirin, jossa optiset kuidut on kiinnitetty aaltojohtoihin kuuden eri lasersäteen toimittamiseksi määränpäähänsä. Tulokset on julkaistu vAPL Quantum.
"Skaalautuvia, käytännöllisiä menetelmiä loukkuun jääneisiin-ionikvanttitietokoneisiin liittyvien fotonipiirien konfiguroimiseksi laservalon välittämiseksi ei ole vielä kehitetty", sanoo kirjailija Alto Osada. "Tämän haasteen voittamiseksi halusimme luoda tehokkaan menetelmän, joka ottaa huomioon kaikki ioniloukun pyyntivyöhykkeet."
Osana tutkimusta aaltoputket piti jakaa ja järjestää uudelleen luovilla tavoilla piirin sisällä eri lasersäteiden siirtämiseksi oikeisiin paikkoihin. Suunnittelussa oli myös otettava huomioon kyky kytkeä lasersäteet pois päältä ja päälle itsenäisesti, samalla kun saavutettiin paras mahdollinen tehotehokkuus.
Tuloksena saadut aaltoputkikuviot näyttävät monimutkaisilta,-silmää hiveleviltä kuvakudoksilta, kun lasersäteet kulkevat toistensa yli ja kulkevat piirien läpi.
"Työmme osoittaa, että tämä lähestymistapa voi sallia useita satoja kubitteja yhdellä sirulla", Osada huomauttaa. Qubits viittaa kvanttilaskennan perusyksiköihin, joiden avulla kvanttialgoritmit toimivat ratkaistakseen todellisen maailman ongelmia.
Tutkijat käyttivät kahta lähestymistapaa kuvioiden muodostamiseen, joita kutsutaan kuplalajitteluksi ja lohkoittainen päällekkäisyydeksi. Molemmilla kuvioilla havaittiin olevan etuja, ja tutkijat ehdottivat, että valinta näiden kahden välillä riippuisi tekijöistä, kuten tarvittavien lasersäteiden määrästä ja fotonielementtien häviöistä. Tutkimus korosti onnistuneesti aaltoputkien monimutkaisten kuvioiden käytön toteutettavuutta ja mahdollisuuksia piireissä valonsäteiden tuomiseksi loukkuun jääneisiin ioneihin.
Tämä tutkimus tarjoaa jännittäviä johtopäätöksiä siitä, että samaa konseptia voitaisiin soveltaa paitsi kvanttilaskentaan myös kehittyneiden optisten järjestelmien valmistukseen, mikä edustaa tärkeää teknologista läpimurtoa useilla sovelluksilla.
