Создан ключевой элемент квантового компьютера — фотонный конвертер

Ученые Варшавского университета и Университета Оксфорда сообщили о разработке ключевого для квантового компьютера элемента — электро-оптического устройства, позволяющего менять свойства отдельных фотонов. В отличие от существующих лабораторных образцов, этот работает с невиданной эффективностью и стабильностью.

Создание эффективного устройства для модификации квантового состояния отдельных фотонов — исключительно сложная задача, если принять во внимание фундаментальные отличия между классическими и квантовыми вычислениями.

«В недавние годы физики разобрались, как выделять лазерные импульсы определенной длины волн или поляризации, состоящие из отдельного кванта — или возбуждения — электромагнитного поля, — говорит доктор Михал Карпински, один из авторов статьи. — Но достигнув одного, всегда хочется большего. Если у нас есть отдельные кванты света с определенными свойствами, было бы полезно изменять эти свойства. Поэтому задача в том, чтобы как будто запустить серебряную монету крутиться с одного края стола к другому, по пути превратив ее в золотую, не уронив».

Существующие методы применяют нелинейную оптическую технологию — на практике пытаясь заставить отдельный фотон взаимодействовать с очень сильным оптическим пучком. Изменяется ли при этом фотон — дело чистого случая. Более того, рассеяние пучка может испортить поток отдельных фотонов.

Ученые Варшавы и Оксфорда решили использовать другой физический феномен: электро-оптический эффект в определенных кристаллах. Он дает возможность изменения коэффициента преломления света в кристалле путем изменения интенсивности внешней магнитной силы (другими словами, не вводя дополнительные фотоны).

«Удивительно, что для того чтобы модифицировать квантовые свойства отдельных фотонов, мы можем использовать технологии, очень похожие на те, что используются для обычных волоконно-оптических телекоммуникаций», — говорит доктор Карпински.

При помощи нового устройства ученые добились шестикратного удлинения срока пульсации отдельного фотона без повреждения квантовой суперпозиции, что автоматически означает сокращение его спектра. С практической точки зрения важно, что вся операция выполнялась с очень высокой эффективностью конверсии, в 200 раз лучше, чем современные методики, и при сохранении низкого уровня шума, пишет Phys.org.

Между Шанхаем и Хефэем построили самую длинную в мире линию квантовой связи длиной 712 км. Она состоит из 11 промежуточных станций и станет частью 2000-км сети, в которую войдет и Пекин.