Розроблено новий принцип побудови квантового комп’ютера

Основою такого квантового комп’ютера буде єдиний атом, а в якості носіїв інформації і квантових бітів виступатимуть фотони світла.

Квантові обчислювальні системи, які створюються в даний час в дослідницьких цілях і які є попередниками майбутніх універсальних квантових комп’ютерів, будуються практично за єдиною схемою. В їх основі лежать квантові біти, кубіти, створені на базі іонів, атомів або елементів електронних надпровідних схем. Ці кубіти поміщаються в стан квантової суперпозиції і взаємодіють один з одним за допомогою явища квантової заплутаності. А управління станом кубітів, зчитування з них інформації і їх заплутування проводиться за допомогою електричних сигналів, мікрохвильових променів, фотонів світла і іншими способами, відповідно до закладеної в комп’ютер програму.

Зовсім інший принцип побудови квантового комп’ютера запропонували вчені-фізики з Інституту теоретичної атомної, молекулярної і оптичної фізики (Institute for Theoretical Atomic, Molecular and Optical Physics, ITAMP) Центру астрофізики Гарварда-Смітсона (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA). Основою такого квантового комп’ютера буде єдиний атом, а в якості носіїв інформації і квантових бітів виступатимуть фотони світла.

Але, для того, щоб такий квантовий комп’ютер зміг працювати потрібно, щоб фотони світла почали взаємодіяти один з одним, чого дуже складно домогтися в звичайних умовах. Вчені пропонують побудувати всю роботу квантового комп’ютера на взаємодії фотонів з їх же дзеркальними відображеннями. Фотони, випромінені “центральним” атомом, відбиваються від спеціального дзеркала і стають здатними знову взаємодіяти з атомом з дуже малою тимчасовою затримкою.

Величина цієї затримки є наслідком об’єднання хвильових функцій вихідного і відбитого фотонів. Цей процес настільки складний математично, що докладно описувати його не має жодного сенсу. Але вчені стверджують, що за рахунок такої взаємодії фотонів і об’єднання їх хвильових функцій можна реалізувати квантові обчислення будь-якого рівня складності. І результати цих обчислень отримати досить легко, просто вимірюючи параметри випромінюваних атомом фотонів світла.

Дані теоретичні дослідження являють собою не просто черговий прорив в області квантової оптики та інформатики, вони відкривають абсолютно нову область, в якій ховається цілий ряд нових технологій. Така квантова система на базі одного атома може бути створена досить просто, для цього у людей вже є всі необхідні матеріали і технології. Це, в свою чергу, дозволяє сподіватися на швидку появу таких незвичайних квантових обчислювальних систем, нових сверхвисокоточних датчиків і багато чого іншого.