«Разноцветные» фотоны — революция в области квантовых вычислений

Несмотря на огромное количество исследований в области квантовых вычислений, универсальные квантовые компьютеры так и продолжают оставаться исключительно теоретическим понятием. Напомним нашим читателям, что основой любого квантового компьютера или коммуникационной системы являются квантовые биты, называемые кубитами. Кубиты отличаются от традиционных битов тем, что они могут помимо, двух основных состояний, 1 или 0, находиться в третьем состоянии — в состоянии суперпозиции, когда значение кубита равно одновременно 1 и 0. Это, в свою очередь, позволяет при помощи одного кубита выполнять две параллельных вычислительных операции.

Соединение отдельных кубитов в вычислительную систему производится при помощи явления квантовой запутанности. При этом, система из двух кубитов уже способна выполнять четыре параллельных оп5ерации, а система из трех кубитов — восемь. А система, количество кубитов в которой исчисляется уже десятками, способна производить вычисления гораздо быстрее, чем традиционные компьютеры.

Тем не менее, состояние суперпозиции и явление квантовой запутанности представляют собой чрезвычайно хрупкими вещами, разрушающимися при малейшем воздействии на них извне. И ученые из института INRS (Institut national de la recherche scientifique), Канада, предложили весьма интересную и перспективную альтернативу кубитам — многомерные квантовые биты (quDit), основанные на использовании «разноцветных» фотонов света. Более того, эти исследователи создали квантовый чип, на котором были созданы два quDit-а, при помощи которого были проведены исследования этой новой квантовой технологии.

На поверхности квантового чипа расположен оптический резонатор, в который запускаются два запутанных фотона света. Каждый из фотонов может иметь 10 основных квантовых состояний, определяемых его длиной волны (цветом) и находиться в состояние суперпозиции, в котором он может быть красным И зеленым И синим И желтым одновременно. Эти цвета были приведены условно, так как на практике использовались фотоны инфракрасного диапазона.

Таким образом, каждый из «разноцветных» фотонов способен находиться в 100 различных состояниях, а система из двух таких фотонов, quDit-ов, по производительности (количеству выполняемых ею параллельных операций) эквивалентна системе с 12 классическими запутанными друг с другом кубитами. «Нам впервые удалось получить достаточно простым способом многомерное квантовое состояние» — рассказывает Майкл Куес (Michael Kues), ведущий исследователь, — «А нашей следующей задачей станет использование такой многомерной квантовой системы для выполнения практических вычислений».

И в заключение следует отметить, что в созданной канадскими учеными многомерной квантовой системе были использованы только стандартные оптические компоненты и другое научное оборудование. А кристалл квантового чипа был изготовлен при помощи самых обычных технологий изготовления полупроводникового чипа. Все это позволяет надеяться на то, что данная технология сможет в буквальном смысле произвести революцию в области квантовых вычислений, правда на это может уйти еще несколько лет, которые будут потрачены учеными на доведение технологии многомерных quDit-ов до уровня возможности их практического использования.