A kvantumszámítás olyan potenciális áttörést jelentő technológia, amely bizonyos feladatok esetében messze túlszárnyalja a modern{0}}számítási rendszerek technikai korlátait. A praktikus, nagy{2}méretű kvantumszámítógépek összeállítása azonban továbbra is kihívást jelent, különösen a bonyolult és kényes technikák miatt.
Egyes kvantumszámítási rendszerekben az egyes ionokat (töltött atomokat, például stronciumot) befogják, és elektromágneses mezőknek, köztük lézerfénynek teszik ki, hogy bizonyos hatásokat hozzanak létre, amelyeket számításokhoz használnak. Az ilyen áramkörök sok különböző hullámhosszú fényt igényelnek a készülék különböző pozícióiba, ami azt jelenti, hogy számos lézersugarat kell megfelelően elrendezni és a kijelölt területre eljuttatni. Ezekben az esetekben nehézséget jelent a sokféle fénysugár korlátozott téren belüli szállításának gyakorlati korlátai.
Ennek megoldására az Oszakai Egyetem kutatói olyan egyedi módszereket vizsgáltak, amelyek segítségével korlátozott térben lehet fényt szállítani. Munkájuk során felfedtek egy energiahatékony nanofotonikus áramkört, amelynek optikai szálai a hullámvezetőkhöz vannak csatlakoztatva, és hat különböző lézersugarat juttatnak el a rendeltetési helyükre. Az eredményeket ben tették közzéAPL Quantum.
"Még nem dolgoztak ki skálázható, praktikus módszereket a csapdába esett -ionkvantumszámítógépekhez kapcsolódó fotonikus áramkörök lézerfény szállítását lehetővé tevő konfigurálására" - mondja Alto Osada. "A kihívás leküzdése érdekében olyan hatékony módszert akartunk létrehozni, amely figyelembe veszi az ioncsapda összes befogózónáját."
A kutatás részeként a hullámvezetőket kreatív módon szét kellett osztani és át kellett rendezni az áramkörön belül, hogy a különböző lézersugarakat a megfelelő helyre továbbítsák. A tervezésnél figyelembe kellett venni a lézersugarak önálló ki- és bekapcsolásának lehetőségét is, miközben a lehető legmagasabb energiahatékonyságot biztosítják.
Az így létrejövő hullámvezető-mintázatok összetett, tetszetős{0}} kárpitoknak tűnnek, ahogy a lézersugarak keresztezik egymást, és áthaladnak az áramkörökön.
"Munkánk azt mutatja, hogy ez a megközelítés több száz qubitet tesz lehetővé egyetlen chipen" - mutat rá Osada. A Qubits a kvantumszámítás alapvető egységeire utal, amelyek alapján kvantumalgoritmusok futnak a valós világ problémáinak megoldására.
A kutatók két megközelítést alkalmaztak a minták kialakítására, amelyeket buborékos rendezésnek és blokkalapú megkettőzésnek neveznek. Mindkét mintának vannak előnyei, a kutatók szerint a kettő közötti választás olyan tényezőktől függ, mint a szükséges lézersugarak száma és a fotonikus elemek vesztesége. A tanulmány sikeresen felhívta a figyelmet a hullámvezetők összetett mintázatának az áramkörökben való alkalmazásának megvalósíthatóságára és lehetőségeire, amelyek fénysugarat juttatnak el a csapdába esett ionokhoz.
Ez a kutatás izgalmas következtetéseket kínál arra vonatkozóan, hogy ugyanazt a koncepciót nemcsak a kvantumszámításra, hanem a fejlett optikai rendszerek előállítására is alkalmazni lehetne, ami fontos technológiai áttörést jelent az alkalmazások széles skálájával.
