Kvantová výpočtová technika predstavuje potenciálnu prelomovú technológiu, ktorá by pri niektorých úlohách mohla ďaleko prekonať technické obmedzenia moderných{0}}počítačových systémov. Zostavenie praktických-kvantových počítačov vo veľkom meradle však zostáva náročné, najmä kvôli zložitým a citlivým technikám.
V niektorých kvantových počítačových systémoch sú jednotlivé ióny (nabité atómy, ako je stroncium) zachytené a vystavené elektromagnetickým poliam vrátane laserového svetla, aby sa vytvorili určité efekty, ktoré sa používajú na vykonávanie výpočtov. Takéto obvody vyžadujú veľa rôznych vlnových dĺžok svetla, ktoré sa majú zaviesť do rôznych polôh zariadenia, čo znamená, že množstvo laserových lúčov musí byť správne usporiadaných a dodaných do určenej oblasti. V týchto prípadoch sa praktické obmedzenia prenosu mnohých rôznych lúčov svetla v rámci obmedzeného priestoru stávajú problémom.
Na vyriešenie tohto problému výskumníci z University of Osaka skúmali jedinečné spôsoby, ako dodávať svetlo v obmedzenom priestore. Ich práca odhalila energeticky-účinný nanofotonický obvod s optickými vláknami pripojenými k vlnovodom, ktorý doručuje šesť rôznych laserových lúčov na miesto určenia. Zistenia boli zverejnené v rAPL Quantum.
„Škálovateľné, praktické metódy konfigurácie fotonických obvodov spojených so zachytenými-iónovými kvantovými počítačmi, ktoré by umožňovali dodávanie laserového svetla, ešte neboli vyvinuté,“ hovorí autor Alto Osada. "Aby sme prekonali túto výzvu, chceli sme vytvoriť efektívnu metódu, ktorá bude zodpovedať všetkým záchytným zónam v iónovej pasci."
V rámci výskumu museli byť vlnovody rozdelené a kreatívne preusporiadané vo vnútri obvodov, aby preniesli rôzne laserové lúče na správne miesta. Konštrukcie museli brať do úvahy aj schopnosť samostatne vypínať a zapínať laserové lúče a zároveň poskytovať najvyššiu možnú energetickú účinnosť.
Výsledné vzory vlnovodov nadobúdajú vzhľad zložitých, oku-pútavých tapisérií, keď sa laserové lúče navzájom križujú a pohybujú sa v obvodoch.
"Naša práca ukazuje, že tento prístup umožňuje niekoľko stoviek qubitov na jednom čipe," zdôrazňuje Osada. Qubity sa vzťahujú na základné jednotky kvantových výpočtov, na ktorých fungujú kvantové algoritmy, aby riešili problémy skutočného-sveta.
Výskumníci využili dva prístupy k vytváraniu vzorov, označované ako triedenie bublín a bloková duplikácia. Zistilo sa, že oba vzory majú výhody, pričom výskumníci naznačujú, že výber medzi nimi bude závisieť od faktorov, ako je počet požadovaných laserových lúčov a straty fotonických prvkov. Štúdia úspešne zdôraznila uskutočniteľnosť a potenciál použitia zložitých vzorov vlnovodov v obvodoch na privedenie lúčov svetla k zachyteným iónom.
Tento výskum poskytuje vzrušujúce dôsledky, že rovnaký koncept by sa dal použiť nielen na kvantové výpočty, ale aj na výrobu pokročilých optických systémov, čo predstavuje dôležitý technologický prielom so širokým rozsahom aplikácií.
