Инновационная технология заменяет громоздкие и сложные оптические компоненты, используемые в квантовых вычислениях, на тонкий слой наноструктур. Эта новая разработка открывает возможности для создания масштабируемых, надежных и компактных квантовых сетей.
Для создания практичных квантовых компьютеров и сетей необходимы эффективные методы передачи информации при комнатной температуре. В этом контексте фотоны, являющиеся элементарными частицами света, представляют собой весьма перспективные кандидаты благодаря своей скорости перемещения и способности взаимодействовать между собой, отмечает ScienceDaily.
Фотоны обычно контролируются и переводятся в квантовые состояния с помощью волноводов на микрочипах большой длины или при помощи громоздких устройств, состоящих из линз, зеркал и светоделителей. За счет явления квантового спутывания фотоны могут одновременно передавать и обрабатывать значительное количество квантовой информации, используя сложные сети из оптических компонентов. Тем не менее, подобные схемы крайне сложно масштабировать из-за сложности производства и недостатков многих элементов, необходимых для полноценного выполнения вычислительных процессов.
Существует ли возможность интегрировать все эти компоненты в один тонкий двумерный массив микроскопических элементов, способный эффективно управлять светом при минимальном числе частей? На этот вопрос ответили специалисты по оптике из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS). Ученые разработали специальные метаповерхности — тонкие структуры с нанографическими элементами, которые позволяют эффективно манипулировать потоком света. Эти устройства являются однослойными аналогами традиционных объемных схем. Их применение обеспечивает значительное сокращение размеров оборудования, необходимого для квантовых компьютеров и коммуникаций.
Эксперименты продемонстрировали, что предложенная технология способна создавать сложные, запутанные состояния фотонов для выполнения квантовых операций, аналогичных тем, которые реализуются с помощью более крупных оптических устройств с множеством различных компонентов.
Для анализа сложной структуры запутанных состояний фотонов ученые применили методы теории графов — раздела математики, использующего точки и линии для отображения отношений между объектами. Запутанность фотонов была визуализирована в виде графа, где вершины представляли отдельные фотоны, а ребра обозначали связи между ними. Такой подход позволил наглядно продемонстрировать взаимодействие фотонов и предсказать их поведение во время экспериментов. Хотя теория графов активно используется в области квантовых вычислений и исправления ошибок, она ранее редко применялась для изучения конструкции и функционирования метаповерхностей.
По словам аспиранта и ведущего автора исследования Керолоса Юсефа, новая разработка решает проблему масштабируемости технологий, позволяя объединить сложную оптику в одну компактную и надежную поверхность. Это значительно упрощает конструкцию квантовых систем и повышает стабильность их работы.
<div class="mediaPollEmbed" data-prerendered><noscript><section><h2>Умеют ли пользователи распознавать спам и фишинг в почте</h2><p>5 вопросов</p><form method="POST" action="https://media-poll.mail.ru/api/be22e098-f429-5b5a-95c1-5265a3f0fa55"><fieldset><legend>Как часто в личной почте вы получаете письма, которые можете классифицировать как нежелательный рассылки (спам и фишинг)?</legend><label><input type="radio" name="13605" value="53059"/>Каждый день</label><br/><label><input type="radio" name="13605" value="53060"/>Один или несколько раз в неделю</label><br/><label><input type="radio" name="13605" value="53061"/>Один или несколько раз в месяц</label><br/><label><input type="radio" name="13605" value="53062"/>Один или несколько раз в год</label><br/><label><input type="radio" name="13605" value="53063"/>Не получаю</label><br/><label><input type="radio" name="13605" value="53064"/>Не знаю/ затрудняюсь ответить</label><br/></fieldset><button type="submit">Далее</button></form></section></noscript></div><script type="text/javascript">(function(window){var mediaPoll=(window.mediaPoll=window.mediaPoll||{});var container=document.currentScript.previousElementSibling;var uuid="be22e098-f429-5b5a-95c1-5265a3f0fa55";mediaPoll.loadAPIPromise=mediaPoll.loadAPIPromise||new Promise((resolve,reject)=>{const loadScript=(onload,onerror)=>{var head=document.getElementsByTagName('head')[0];var script=document.createElement('script');script.async=true;script.onload=onload;script.onerror=onerror;script.src='https://media-poll.mail.ru/-/1752770306180/embed/main.js';head.appendChild(script)};loadScript(resolve,()=>{mediaPoll.loadAPIPromise=null;reject()})});mediaPoll.loadAPIPromise.then(()=>{window.mediaPoll.render(uuid,container)})})(window)</script>
Фото: hi-tech.mail.ru