Kvantedatabehandling repræsenterer en potentiel banebrydende teknologi, der langt kan overgå de tekniske begrænsninger i moderne-dages computersystemer til nogle opgaver. Det er dog stadig en udfordring at sammensætte praktiske,-storskala kvantecomputere, især på grund af de komplekse og delikate teknikker, der er involveret.
I nogle kvantecomputersystemer fanges enkelte ioner (ladede atomer såsom strontium) og udsættes for elektromagnetiske felter, herunder laserlys, for at producere visse effekter, der bruges til at udføre beregninger. Sådanne kredsløb kræver, at mange forskellige bølgelængder af lys indføres i forskellige positioner af enheden, hvilket betyder, at adskillige laserstråler skal arrangeres korrekt og leveres til det udpegede område. I disse tilfælde bliver de praktiske begrænsninger ved at levere mange forskellige lysstråler rundt inden for et begrænset rum en vanskelighed.
For at løse dette undersøgte forskere fra University of Osaka unikke måder at levere lys i et begrænset rum. Deres arbejde afslørede et-effektivt nanofotonisk kredsløb med optiske fibre knyttet til bølgeledere for at levere seks forskellige laserstråler til deres destinationer. Resultaterne er offentliggjort iAPL Quantum.
"Skalerbare, praktiske metoder til at konfigurere fotoniske kredsløb forbundet med fangede-ionkvantecomputere for at tillade levering af laserlys er endnu ikke udviklet," siger forfatteren Alto Osada. "For at overkomme denne udfordring ønskede vi at skabe en effektiv metode, der tager højde for alle fangstzoner i en ionfælde."
Som en del af forskningen skulle bølgelederne opdeles og omarrangeres på kreative måder inde i kredsløbet for at transmittere de forskellige laserstråler til de korrekte steder. Designene skulle også tage højde for evnen til at slukke og tænde laserstråler uafhængigt, samtidig med at de leverede den højest mulige strømeffektivitet.
De resulterende bølgeledermønstre ligner komplekse,-iøjnefaldende gobeliner, når laserstrålerne krydser hinanden og bevæger sig gennem kredsløbene.
"Vores arbejde viser, at denne tilgang kan tillade flere hundrede qubits på en enkelt chip," påpeger Osada. Qubits refererer til de grundlæggende enheder inden for kvanteberegning, hvorpå kvantealgoritmer kører for at tackle virkelige-verdensproblemer.
Forskerne brugte to tilgange til at danne mønstre, kaldet boblesortering og blokvis duplikering. Begge mønstre viste sig at have fordele, hvor forskerne antydede, at valget mellem de to ville afhænge af faktorer som antallet af krævede laserstråler og tab af fotoniske elementer. Undersøgelsen fremhævede med succes gennemførligheden og potentialet ved at bruge komplekse mønstre af bølgeledere i kredsløb til at bringe lysstråler til fangede ioner.
Denne forskning giver spændende implikationer af, at det samme koncept ikke kun kunne anvendes til kvanteberegning, men til fremstilling af avancerede optiske systemer, hvilket repræsenterer et vigtigt teknologisk gennembrud med en bred vifte af applikationer.
