Американские исследователи добились значительного прогресса в области квантовых вычислений, создав новое устройство, которое почти в 100 раз меньше человеческого волоса в диаметре.
Среди ведущих подходов к квантовым вычислениям — системы с захваченными ионами и захваченными нейтральными атомами, которые хранят информацию в отдельных атомах.
Чтобы управлять этими кубитами, исследователи «общаются» с каждым атомом с помощью точных лазерных лучей, что позволяет им давать атомам инструкции для выполнения вычислений. Частота каждого лазера должна быть настроена с высочайшей точностью, зачастую с погрешностью в миллиардные доли процента или даже меньше. Но для создания таких лазеров необходима технология, которая может эффективно генерировать эти новые частоты.
Сейчас сдвиги частот осуществляются с помощью громоздких настольных устройств, которые потребляют значительное количество микроволновой энергии.
Современные установки хорошо подходят для небольших лабораторных экспериментов и квантовых компьютеров с небольшим количеством кубитов, но их нельзя масштабировать до десятков или сотен тысяч оптических каналов, необходимых для будущих квантовых компьютеров.
Представленное исследователями устройство использует микроволновые колебания, которые происходят миллиарды раз в секунду, для управления лазерным излучением с невероятной точностью, и потребляет примерно в 80 раз меньше микроволновой энергии, чем многие коммерческие модуляторы.
Эти сверхбыстрые колебания дают исследователям возможность напрямую управлять фазой лазерного луча, что позволяет чипу генерировать новые лазерные частоты с высокой стабильностью и эффективностью. Всё это необходимо для создания технологий квантовых вычислений, квантового зондирования и квантовых сетей.
Меньшее энергопотребление снижает нагрев и позволяет размещать гораздо больше каналов близко друг к другу, даже на одном чипе.
В совокупности эти функции превращают чип в мощную масштабируемую систему для управления сложными процессами, которые должны происходить в атомах для выполнения квантовых вычислений.
Одним из наиболее значимых аспектов проекта является то, что был полностью реализован на полупроводниковой фабрике на стандартном оборудовании для производства микроэлектроники.