Вычислительная оптика, или использование света вместо электричества для проведения расчётов – это наиболее значимое отличие квантовых компьютеров от традиционных. Она позволяет производить вычисление со значительно большей скоростью, и работает она на частицах света , или фотонах. Но когда два фотона встречаются, они обычно проходят сквозь друг друга, что сильно затрудняет применение данной технологии, сообщает Science Recorder.
Исследовательская группа, куда входят ученые из исследовательской лаборатории по электронике Массачусетского технологического института (МТИ), Венского технологического университета и Гарвардского университета, была организована для поиска новых способов влияния на поведение фотонов, с целью создания успешного оптического компьютерного сервера.
Ученые смогли создать оптический выключатель с одним-единственным фотоном – оптический аналог транзистора. Квантовая физика лучше «работает» с индивидуальными частицами, что и сделало возможным использование одного-единственного фотона для создания выключателя. В нем заключена пара небольших зеркал с высокой светоотражающей способностью. Световой луч проходит сквозь зеркала при нажатии выключателя. Два зеркала вместе действуют как оптические резонатор, становясь прозрачными для света при правильной дистанции, отделяющей их друг от друга. В положении «выключено» лишь 20% проходят сквозь зеркала.
Когда частицы находятся одновременно во взаимноисключающих состояниях, это явление называется квантовой суперпозицией. Примитивные квантовые компьютеры с большим трудом пытались удержать ионы в суперпозиции. Оптический выключатель позволил ученым создать ряды оптических контуров, удерживающихся в суперпозиции. Фотонам легче сохранить суперпозицию, что делает их идеальными кандидатами для использования в квантовых компьютерах – надо только заставить их взаимодействовать.
Транзистор, включаемый фотонами, также способен фильтровать квантовый шум, передавая выводную информацию назад в цепь – нечто невиданное! Он также может использоваться в качестве детектора фотонов, обнаруживая фотон, но не уничтожая его. Раньше это также было невозможно. Именно эта способность принципиально важна для использования фотонов в квантовой обработке информации, объясняют ученые из МТИ.
Результаты данного исследования могут быть использованы для создания вычислительных микросхем с более долговечными батареями и более высокими скоростями обработки данных. Елена Вукович (Jelena Vuckovic), профессор электромеханики Стэнфордского университета, считает, что результаты исследования можно будет воспроизвести в физических системах, которые будет проще включить в компьютерные микросхемы.