Создание практичных квантовых компьютеров сталкивается с двумя основными препятствиями: необходимостью большого количества кубитов и обеспечением их высокого качества. Особенно это критично для фотонных квантовых компьютеров, где для надежных вычислений требуются фотоны (частицы света) исключительно высокого качества. Любые ошибки или шум могут фатально исказить результат.
Ранее для создания одного надежного кубита требовались сотни физических фотонов, так как основная ставка делалась на коррекцию ошибок уже после их возникновения в процессе вычислений. Это значительно увеличивало сложность и ресурсоемкость систем. Миллиардные инвестиции технологических гигантов и правительств направлены на преодоление этих барьеров.
Исследователи из Университета Твенте (UT), Нидерланды, предложили принципиально иной подход, опубликованный в журнале Physical Review Applied. Их разработка позволяет улучшать качество фотонов на самом начальном этапе, до начала вычислений, что кардинально снижает общее количество необходимых частиц.
Команда, включающая ведущего исследователя доктора Йелмера Ренему (Jelmer Renema), аспиранта Франка Сомхорста (Frank Somhorst), а также Кайта Сауэра (Kite Sauër) и Стефана ван ден Ховена (Stefan van den Hoven), разработала новый компонент – оптическую схему с программируемыми световодами и детекторами.
Эта схема работает как высокоточный фильтр. Она способна выделить единичные фотоны высокого качества из потока несовершенных частиц. Используя квантовые свойства света, система создает особое состояние, подобное «коту Шрёдингера», где фотоны смещаются к «хорошим» характеристикам еще до измерения. Последующее измерение подтверждает, сохранил ли фотон нужные свойства.
Ключевое отличие нового метода – его адаптивность. В отличие от простого цветного фильтра, который отсеивает свет по заранее заданному параметру, эта система с программируемыми переключателями отфильтровывает «плохие» фотоны, не требуя предварительной информации о конкретной причине их дефекта. Происходит обмен количества на качество: несколько несовершенных фотонов приносятся в жертву ради получения одного идеального.
Такой подход «на входе» значительно снижает нагрузку на последующие этапы коррекции ошибок. Устраняя шум на ранней стадии, метод требует «значительно меньше» фотонов по сравнению с традиционными подходами, основанными на пост-обработке. Это не только повышает качество входных данных, решая проблему «плохой ввод – плохой вывод», но и напрямую увеличивает вычислительную мощность.
Эффективность новой системы открывает путь к созданию более дешевых, доступных и энергоэффективных квантовых компьютеров. Уменьшение числа требуемых фотонов и упрощение коррекции ошибок делает реализацию крупномасштабных квантовых вычислений более достижимой.
Университет Твенте обладает уникальным опытом в области фотоники и квантовых технологий, накопленным за годы исследований по управлению фотонами с помощью интерференции. Этот опыт стал основой для разработки нового метода фильтрации. Текущая работа исследователей UT сосредоточена на создании универсального квантового компьютера большого масштаба.
Разработанный метод рассматривается как фундаментальный элемент будущих практических фотонных квантовых компьютеров, способных выполнять вычисления без ошибок. Он приближает эру, когда квантовые технологии смогут привести к революции в медицине, создании новых материалов, обеспечении безопасной связи и открытии совершенно невообразимых сегодня приложений.
Изображение носит иллюстративный характер
Ранее для создания одного надежного кубита требовались сотни физических фотонов, так как основная ставка делалась на коррекцию ошибок уже после их возникновения в процессе вычислений. Это значительно увеличивало сложность и ресурсоемкость систем. Миллиардные инвестиции технологических гигантов и правительств направлены на преодоление этих барьеров.
Исследователи из Университета Твенте (UT), Нидерланды, предложили принципиально иной подход, опубликованный в журнале Physical Review Applied. Их разработка позволяет улучшать качество фотонов на самом начальном этапе, до начала вычислений, что кардинально снижает общее количество необходимых частиц.
Команда, включающая ведущего исследователя доктора Йелмера Ренему (Jelmer Renema), аспиранта Франка Сомхорста (Frank Somhorst), а также Кайта Сауэра (Kite Sauër) и Стефана ван ден Ховена (Stefan van den Hoven), разработала новый компонент – оптическую схему с программируемыми световодами и детекторами.
Эта схема работает как высокоточный фильтр. Она способна выделить единичные фотоны высокого качества из потока несовершенных частиц. Используя квантовые свойства света, система создает особое состояние, подобное «коту Шрёдингера», где фотоны смещаются к «хорошим» характеристикам еще до измерения. Последующее измерение подтверждает, сохранил ли фотон нужные свойства.
Ключевое отличие нового метода – его адаптивность. В отличие от простого цветного фильтра, который отсеивает свет по заранее заданному параметру, эта система с программируемыми переключателями отфильтровывает «плохие» фотоны, не требуя предварительной информации о конкретной причине их дефекта. Происходит обмен количества на качество: несколько несовершенных фотонов приносятся в жертву ради получения одного идеального.
Такой подход «на входе» значительно снижает нагрузку на последующие этапы коррекции ошибок. Устраняя шум на ранней стадии, метод требует «значительно меньше» фотонов по сравнению с традиционными подходами, основанными на пост-обработке. Это не только повышает качество входных данных, решая проблему «плохой ввод – плохой вывод», но и напрямую увеличивает вычислительную мощность.
Эффективность новой системы открывает путь к созданию более дешевых, доступных и энергоэффективных квантовых компьютеров. Уменьшение числа требуемых фотонов и упрощение коррекции ошибок делает реализацию крупномасштабных квантовых вычислений более достижимой.
Университет Твенте обладает уникальным опытом в области фотоники и квантовых технологий, накопленным за годы исследований по управлению фотонами с помощью интерференции. Этот опыт стал основой для разработки нового метода фильтрации. Текущая работа исследователей UT сосредоточена на создании универсального квантового компьютера большого масштаба.
Разработанный метод рассматривается как фундаментальный элемент будущих практических фотонных квантовых компьютеров, способных выполнять вычисления без ошибок. Он приближает эру, когда квантовые технологии смогут привести к революции в медицине, создании новых материалов, обеспечении безопасной связи и открытии совершенно невообразимых сегодня приложений.
