خلاصه خبر:
محققان در ساخت یک کامپیوتر کوانتومی فوتونیکی پیشرفت هایی داشته اند. برخلاف رویکردهای قبلی که از فوتون‌های منفرد به عنوان کیوبیت استفاده می‌کنند، این تیم از پالس‌های نور تولید شده توسط لیزر متشکل از فوتون‌های متعدد استفاده کردند. این روش نوآورانه قابلیت‌های تصحیح خطای ذاتی را ارائه می‌کند، نیاز به تولید فوتون‌های جداگانه را از بین می‌برد و امکان ایجاد کیوبیت‌های منطقی قوی را فراهم می‌کند. با این رویکرد، یک پالس نوری منفرد می تواند به عنوان یک کیوبیت منطقی قابل اعتماد عمل کند و پیچیدگی سیستم های محاسباتی کوانتومی را ساده کند. اگرچه کیفیت کیوبیت‌های منطقی تولید شده هنوز نیاز به بهبود دارد، این مطالعه پتانسیل تبدیل کیوبیت‌های غیرقابل تصحیح جهان‌شمول را به موارد اصلاح‌پذیر با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته اپتیکی کوانتومی نشان می‌دهد.
توضیحات تکمیلی:
محققان دانشگاه توکیو، دانشگاه یوهانس گوتنبرگ ماینز و دانشگاه پالاکی اولوموک در ساخت یک کامپیوتر کوانتومی فوتونیک با استفاده از یک رویکرد جدید پیشرفت کرده‌اند. برخلاف روش‌های سنتی که به تک فوتون‌ها به عنوان کیوبیت‌های فیزیکی متکی هستند، تیم از یک پالس نوری تولید شده توسط لیزر متشکل از چندین فوتون برای ایجاد یک کیوبیت منطقی استفاده کرد. این مطالعه که در مجله Science منتشر شده است، پتانسیل اصلاح خطا در محاسبات کوانتومی را نشان می دهد.
رایانه‌های کوانتومی وعده‌های بسیار زیادی دارند، اما کمبود کیوبیت‌ها، واحدهای اساسی اطلاعات کوانتومی، مانع آنها می‌شود. بیت های کوانتومی یا کیوبیت ها به دلیل برهم نهی کوانتومی می توانند هر دو 0 و 1 را به طور همزمان نشان دهند. با این حال، آنها به شدت در برابر تأثیرات خارجی مستعد هستند و در برابر از دست دادن اطلاعاتی که ذخیره می کنند آسیب پذیر هستند. برای اطمینان از نتایج قابل اعتماد، لازم است با ترکیب چند کیوبیت فیزیکی در یک کیوبیت منطقی، درهم تنیدگی ایجاد شود.
محققان از یک رویکرد مبتنی بر فوتون استفاده کردند و از پالس های نوری تولید شده توسط لیزر متشکل از چندین فوتون به عنوان پایه ای برای کیوبیت های منطقی خود استفاده کردند. این روش بر محدودیت های کیوبیت های تک فوتونی که به راحتی از بین می روند غلبه می کند. با استفاده از پالس های نور با فوتون های متعدد، این تیم به یک حالت کیوبیت با قابلیت های تصحیح خطای ذاتی دست یافتند.
Qumodes حالت های یک سیستم کوانتومی است که اطلاعات کوانتومی را در دامنه میدان های نوری رمزگذاری می کند. برخلاف کیوبیت‌ها که مقادیر گسسته‌ای دارند، qumodeها طیف پیوسته‌ای از مقادیر را امکان‌پذیر می‌کنند و مقیاس‌پذیری قابل‌توجهی در پردازش اطلاعات کوانتومی ارائه می‌دهند. استفاده از qumodes محققان را قادر می‌سازد تا اطلاعات کوانتومی را در دامنه‌های پالس نور تولید شده توسط لیزر رمزگذاری کنند و رویکرد جدیدی برای ساخت کیوبیت‌های منطقی ارائه دهند.محققان نشان دادند که یک پالس نوری منفرد می تواند یک کیوبیت منطقی قوی ایجاد کند و نیاز به برهمکنش های پیچیده بین فوتون های منفرد را از بین ببرد.
پروفسور پیتر ون لوک از دانشگاه ماینز توضیح داد که سیستم آنها اگرچه فقط از یک پالس لیزر تشکیل شده است، اما این پتانسیل را دارد که بلافاصله خطاها را تصحیح کند. این مفهوم جدید اجازه می دهد تا یک کیوبیت فیزیکی معادل یک کیوبیت منطقی باشد و فرآیند محاسبات کوانتومی را ساده می کند.
در حالی که کیفیت کیوبیت منطقی تولید شده در این آزمایش سطوح تحمل خطای لازم را برآورده نمی‌کند، این مطالعه امکان تبدیل کیوبیت‌های غیرقابل اصلاح به کیوبیت‌های اصلاح‌پذیر را با استفاده از روش‌های نوری کوانتومی پیشرفته ایجاد می‌کند. این تحقیق گامی مهم به سوی توسعه کامپیوترهای کوانتومی مقاوم به خطا و مقیاس پذیر است. با استفاده از مزایای سیستم های مبتنی بر فوتون، مانند عملکرد در دمای اتاق، این رویکرد می تواند به تحقق آینده فناوری های محاسباتی کوانتومی عملی و کارآمد کمک کند.
منبع
Shunya Konno et al, Logical states for fault-tolerant quantum computation with propagating
light, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adk7560
Olivier Pfister, Qubits without qubits, Science (2024). DOI: 10.1126/science.adm9946
