Квантовые компьютеры на фотонах могли бы работать быстрее и энергоэффективнее, чем на других типах кубитов. Инженеры Университета Пердью разработали решения для трёх ключевых проблем, мешающих созданию таких чипов в промышленных масштабах. Данную информацию сообщает портал Phys.org.
Фотоны — самые маленькие частицы света — движутся по схеме со скоростью света и не требуют сверхнизких температур, в отличие от других кубитов. Однако для практических вычислений нужны сотни или тысячи кубитов, а современные фотонные чипы поддерживают лишь небольшое их число.
Первая проблема — генерация одиночных фотонов. В 2021 году команда Владимира Шалаева и Александры Болтасевой опубликовала в Science Advances метод, который позволяет получать ровно один фотон при комнатной температуре из десятков точек на платформе из нитрида кремния — отраслевого стандарта для фотонных платформ. В 2022 году они показали способ контролировать размещение таких источников, встраивая их в наноразмерные столбики.
Вторая проблема — управление одиночными фотонами. В прошлом году в Nature Nanotechnology исследователи описали переключатель, работающий на уровне одного фотона: он запускает лавину электронов в кремнии, которая меняет показатель преломления материала и позволяет фотону включать и выключать луч.
Третья проблема — декогеренция, когда кубиты теряют квантовое состояние из-за внешних возмущений. В мае этого года в Nature Communications команда под руководством профессора Александра Килдишева и аспиранта Праншу Маана представила алгоритм машинного обучения, который предсказывает спектральные сдвиги фотонов. Это позволяет заранее компенсировать их и снизить декогеренцию в 20 раз.
По словам Шалаева, полностью устранить декогеренцию невозможно, но если научиться её предсказывать, можно сократить число кубитов, необходимых для вычислений, с 10 000 до 100. В перспективе это приблизит создание масштабируемых квантовых компьютеров.