Физики Института Макса Планка сумели реализовать квантовый вентиль с двумя квантами в качестве основных действующих лиц, введя третий квант – атом, выполняющий роль медиатора. Это открытие может позволить в будущем создавать масштабируемые квантовые компьютеры и глобальные квантовые сети.
В квантовых компьютерах, как и в обычных, ключевым элементом являются логические вентили. Для реализации универсального квантового компьютера необходимо, чтобы каждый ввод кубита мог вызывать максимальное изменение другого кубита. Сложность заключается в природе квантовой информации: в отличие от классического бита, его нельзя скопировать. Поэтому невозможно применить классические методы исправления ошибки, и вентиль должен работать для каждого отдельного фотона, который несет информацию.
Одним из нескольких вариантов кодирования фотонного кубита является использование поляризационных состояний отдельных фотонов. Тогда 0 и 1 классического бита соответствуют двум ортогональным поляризационным состояниям. В двухфотонном вентиле поляризация одного фотона может воздействовать на поляризацию другого фотона.
Новый способ создания цепей для квантовых компьютеров
Кейсы
В эксперименте, проведенном профессором Герхардом Ремпе, два независимо поляризованных фотона натыкаются друг за другом на резонатор, сделанный из двух зеркал. Внутри них заперт атом рубидия. Резонатор усиливает поле света фотона и, в результате, атомное состояние меняется, когда фотон отражается от зеркала. Это изменение чувствует второй фотон, когда вскоре после этого подлетает к зеркалу.
Затем фотоны сохраняются в 1,2-км оптоволоконном проводе в течение микросекунд. За это время измеряется атомное состояние. «Два фотона никогда не бывают в одном и том же месте в одно и то же время, и поэтому не видят друг друга напрямую. Тем не менее, мы достигаем максимального взаимодействия между ними», — говорит Бастиан Хакер, участник эксперимента.
Ученые смогли экспериментально доказать, что — в зависимости от поляризации фотонов — либо первый из них воздействует на второго, либо наоборот. До сих пор они измеряли поляризационные состояния в двух исходящих фотонах для разных входных состояний. Теперь же они создали «таблицу истинности», которая соответствует различным режимам работы вентиля фотон-фотон, пишет Phys.org.