Инженеры Purdue нашли способ ускорить квантовые компьютеры на фотонах
Квантовые компьютеры и так быстрее суперкомпьютеров, но если строить их на фотонах, они станут еще быстрее и энергоэффективнее. Инженеры Университета Пердью заявили, что решили несколько ключевых проблем, мешающих создавать такие чипы в промышленных масштабах. Эту информацию сообщает сайт Phys.org.
Фотоны — мельчайшие частицы света — движутся со скоростью света и не боятся тепла, поэтому квантовые чипы на них могут работать при комнатной температуре, в отличие от других типов кубитов, которым нужен сильный холод. Однако главная трудность — заставить фотоны работать как кубиты, базовые единицы квантовой информации.
Команда под руководством Владимира Шалаева и Александры Болтасевой разработала метод, который генерирует ровно один фотон за раз при комнатной температуре. В 2021 году они показали, как делать это на платформе из нитрида кремния — отраслевого стандарта для квантовых фотонных схем. Позже они научились контролировать расположение источников фотонов, встраивая их в наноразмерные столбики.
Еще одна проблема — фотоны не взаимодействуют друг с другом, что мешает управлять ими на чипе. Исследователи создали переключатель, который работает на уровне одиночных фотонов: один фотон запускает лавину электронов в кремнии, меняя его показатель преломления и позволяя управлять световым лучом.
Кроме того, команда разработала метод предсказания декогеренции — явления, когда кубиты теряют квантовое состояние из-за внешних возмущений. Используя статистическую физику и машинное обучение, они нашли закономерности в хаотичных на первый взгляд спектральных сдвигах и создали алгоритм, который может предсказывать их. Это позволило уменьшить сдвиги в 20 раз в тестовых системах.
"Вы не можете избавиться от декогеренции — это закон природы, что все флуктуирует. Но если вы распознаете паттерн декогеренции и научитесь его контролировать, вы можете его минимизировать", — отметил Шалаев.
