Квантовые вычисления без хрупких систем: физики нашли способ использовать обычный свет
Квантовые компьютеры обещают решать задачи, непосильные для современных машин, но их главный враг — хрупкость: шум и потери разрушают деликатные квантовые состояния. Физики из Университета штата Луизиана предложили обходной путь — вместо сложного квантового света они используют яркий классический, а скрытые квантовые свойства извлекают с помощью измерений, считающих фотоны по одному. Об этом пишет сайт Phys.org.
В исследовании, опубликованном в журнале Advanced Science, группа сообщила о первом устойчивом многофотонном квантовом резервуаре, работающем при комнатной температуре и выдерживающем значительный шум и потери. Платформа получает доступ к системам с 40 фотонами, моделирует сложную квантовую динамику и обучается выполнять несколько разных математических функций.
Ключ к методу — комбинация трех свойств света: поляризации, пространственной структуры и числа фотонов. Вместе они создали сеть из 861 измеримого компонента для обработки информации. Резервуарные вычисления используют естественную сложность физической системы: информация проходит через множество взаимосвязанных путей, а исследователям нужно лишь обучить простое считывающее устройство интерпретировать результат.
«Вместо идеально изолированных и крайне хрупких квантовых систем мы показываем, что полезное квантовое поведение можно извлечь из обычного классического света даже при значительном шуме и потерях», — отметил доцент Омар С. Маганья-Лоаиса, руководитель лаборатории квантовой фотоники LSU.
Эксперимент подтвердил работоспособность платформы: она восстановила распространение квантового случайного блуждания при шумной оптической сети, воспроизвела термализацию и анти-термализацию в синтетической решетке, а затем без физической перенастройки обучилась шести разным математическим функциям. Для самых нелинейных задач использование полного распределения числа фотонов улучшило предсказания — это показывает, что корреляции высшего порядка служат вычислительным ресурсом.
Подход открывает путь к квантовым технологиям, работающим в реальных лабораторных условиях, а не в идеально изолированной среде. Дальнейшее масштабирование будет зависеть от более быстрых детекторов, способных различать число фотонов. В работе также участвовали исследователи из Национального автономного университета Мексики и Политехнического университета Пачуки.
