Квантовим комп’ютерам потрібен квантовий Інтернет: ось чому

Дослідження технологій квантового Інтернету висвітлюють проблему створення стабільних фотонів на телекомунікаційних довжинах хвиль, а останні дослідження зосереджені на вдосконаленні матеріалів і передових методах випромінювання для підвищення ефективності квантової мережі.

Комп’ютери отримують велику користь від підключення до Інтернету, тому ми можемо запитати: яка користь від квантового комп’ютера без квантового Інтернету?

Секрет нашого сучасного Інтернету полягає в тому, що дані залишаються недоторканими під час подорожі на великі відстані, і найкращий спосіб досягти цього — використовувати фотони. Фотони — це окремі одиниці («кванти») світла. На відміну від інших квантових частинок, фотони дуже слабо взаємодіють з навколишнім середовищем. Ця стабільність також робить їх надзвичайно привабливими для перенесення квантової інформації на великі відстані, процес, який вимагає підтримки делікатного стану заплутаності протягом тривалого періоду часу.

Такі фотони можна генерувати різними способами. Один із можливих методів передбачає використання недосконалостей атомного масштабу (квантових дефектів) у кристалах для генерації окремих фотонів у чітко визначеному квантовому стані.

Ефективність квантового випромінювання

«Атоми постійно вібрують, і ці вібрації можуть витягувати енергію з випромінювача світла», — каже професор матеріалів UCSB Кріс Ван де Валле. «Як результат, замість випромінювання фотона , дефект може натомість викликати вібрацію атомів, зменшуючи ефективність випромінювання світла». Група Ван де Валле розробила теоретичні моделі для визначення ролі атомних коливань у процесі випромінювання фотонів і вивчила роль різних властивостей дефектів у визначенні ступеня ефективності.

Їхня робота пояснює, чому ефективність однофотонного випромінювання різко знижується, коли довжина хвилі випромінювання збільшується за межі довжин хвиль видимого світла (від фіолетового до червоного) до інфрачервоних довжин хвиль у телекомунікаційному діапазоні. Модель також дозволяє дослідникам визначити способи створення яскравіших і ефективніших випромінювачів.

«Ретельний вибір основного матеріалу та проведення аналізу вібраційних властивостей на атомному рівні є двома багатообіцяючими способами подолання низької ефективності», — сказав Марк Туріанскі, докторант у

Van de Walle lab, співробітник NSF UC Santa Barbara Quantum Foundry і провідний дослідник проекту.

Інше рішення передбачає підключення до фотонної порожнини, підхід, який використав досвід двох інших філій Quantum Foundry: професора комп’ютерної інженерії Галана Муді та Кам’яра Парто, аспіранта лабораторії Moody. Команда сподівається, що їх модель і надані нею висновки виявляться корисними для розробки нових квантових випромінювачів, які будуть живити квантові мережі майбутнього.