Quantum computing představuje potenciální průlomovou technologii, která by pro některé úkoly mohla daleko překonat technická omezení moderních-počítačových systémů. Sestavení praktických-kvantových počítačů ve velkém měřítku však zůstává náročné, zejména kvůli složitým a citlivým technikám.
V některých kvantových počítačových systémech jsou jednotlivé ionty (nabité atomy, jako je stroncium) zachyceny a vystaveny elektromagnetickým polím včetně laserového světla, aby vytvořily určité efekty, používané k provádění výpočtů. Takové obvody vyžadují mnoho různých vlnových délek světla, které mají být zavedeny do různých poloh zařízení, což znamená, že mnoho laserových paprsků musí být správně uspořádáno a dopraveno do určené oblasti. V těchto případech se praktická omezení doručování mnoha různých paprsků světla v omezeném prostoru stávají problémem.
K vyřešení tohoto problému výzkumníci z University of Osaka zkoumali jedinečné způsoby, jak doručit světlo v omezeném prostoru. Jejich práce odhalila energeticky-účinný nanofotonický obvod s optickými vlákny připojenými k vlnovodu, který doručuje šest různých laserových paprsků do jejich cílů. Zjištění byla zveřejněna vAPL Quantum.
„Škálovatelné, praktické metody konfigurace fotonických obvodů spojených se zachycenými-iontovými kvantovými počítači, které by umožňovaly dodávku laserového světla, ještě nebyly vyvinuty,“ říká autor Alto Osada. "Abychom tuto výzvu překonali, chtěli jsme vytvořit účinnou metodu, která zohledňuje všechny záchytné zóny v iontové pasti."
V rámci výzkumu musely být vlnovody rozděleny a přeuspořádány kreativním způsobem uvnitř obvodů, aby přenášely různé laserové paprsky na správná místa. Návrhy také musely vzít v úvahu schopnost samostatně vypínat a zapínat laserové paprsky při zajištění nejvyšší možné energetické účinnosti.
Výsledné vlnovodné vzory nabývají vzhledu složitých, poutavých tapisérií-, jak se laserové paprsky kříží jeden přes druhý a pohybují se obvody.
"Naše práce ukazuje, že tento přístup umožňuje několik stovek qubitů na jednom čipu," zdůrazňuje Osada. Qubity označují základní jednotky kvantového počítání, na kterých běží kvantové algoritmy, aby se vypořádaly s problémy skutečného-světa.
Výzkumníci použili dva přístupy k vytváření vzorů, označované jako bublinové třídění a bloková duplikace. Bylo zjištěno, že oba vzory mají výhody, přičemž výzkumníci naznačují, že výběr mezi nimi bude záviset na faktorech, jako je počet požadovaných laserových paprsků a ztráty fotonických prvků. Studie úspěšně zdůraznila proveditelnost a potenciál použití složitých vzorů vlnovodů v obvodech k přivedení paprsků světla k zachyceným iontům.
Tento výzkum poskytuje vzrušující důsledky, že stejný koncept by mohl být aplikován nejen na kvantové výpočty, ale také na výrobu pokročilých optických systémů, což představuje důležitý technologický průlom se širokou škálou aplikací.
