Ученые из Бристольского университета (University of Bristol), работая с коллегами из датского Технического университета (Technical University of Denmark, DTU), разработали новые устройства, которые при помощи странных законов и принципов квантовой механики способны производить и управлять единственными фотонами света, помещенными внутрь перепрограммируемых наноразмерных квантовых схем. Эти чипы также способны закодировать квантовую информацию в параметрах фотонов света и обработать эту информацию с весьма высокой эффективностью и очень малым уровнем ошибок. Принципы, использованные в новых квантовых чипах, могут быть использованы в будущем для создания более сложных квантовых схем, необходимых для областей квантовых вычислений и коммуникаций.
Создав несколько образцов программируемых квантовых чипов специалисты лаборатории Quantum Engineering Technology Labs продемонстрировали их работу на нескольких примерах. И самым ярким из таких примеров стала квантовая телепортация (телепортация квантовой информации) с одного чипа на другой, что является первой в истории науки реализацией такого вида телепортации.
Напомним нашим читателям, что квантовая телепортация заключается в переносе квантового состояния одной частицы к другой, находящейся в другом местоположении, при помощи так называемой квантовой запутанности. Эта технология является не только ключевой технологией для области квантовых коммуникаций, она также является неотъемлемой частью, своего рода “стандартным блоком” любой квантовой вычислительной системы.
Интересным является тот факт, что процедура квантовой телепортации и процедура измерения квантового состояния фотона, которое разрушает квантовую запутанность, были реализованы в программируемых чипах в виде одной единственной операции. А для создания запутанных фотонов, физически находящихся на разных чипах была использована сложная система, включающая по четыре источника единичных фотонов на каждом чипе. Все эти источники откалиброваны с такой точностью, что они воспроизводят абсолютно идентичные по параметрам фотоны, через которые и производится процедура обмена квантовой запутанностью.
Помимо высокочастотной квантовой телепортации, работающей с уровнем достоверности в 91 процент, исследователи продемонстрировали процедуру обмена квантовой запутанностью, что требуется для создания квантовых ретрансляторов для крупномасштабных квантовых сетей. Помимо этого, им удалось создать так называемое квантовое состояние GHZ, в котором принимает участие сразу четыре фотона света, и которое может быть использовано в технологиях квантовых вычислений.
И в заключение следует отметить, что опытные квантовые программируемые чипы были изготовлены специалистами DTU при помощи самых современных технологий производства так называемой кремниевой фотоники. Это позволит в будущем создавать квантовые вычислительные устройства и коммуникационные сети, которые на входе и выходе будут полностью совместимы с традиционными электронным устройствами, изготовленными по стандартной CMOS-технологии.