Создан источник фотонов для квантовых компьютеров
 Схематическое изображение множества источников одиночных фотонов на базе квантовых точек на одном чипе. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Для нормальной работы практической реализации квантового компьютера может потребоваться до сотни одиночных фотонов. Фотоны в такой системе играют роль квантовых битов (фундаментальных вычислительных блоков), которые проходят через многочисленные контролируемые квантовые операции. Очевидно, что для расширения подобных систем одиночные фотоны должны выпускаться последовательно – один за другим – если это не так, то общая вероятность успеха при создании подобного устройства быстрое падает. Еще одно условие заключается в том, что одиночные фотоны должны быть идентичны с точки зрения квантовой механики, так чтобы в компьютере можно было использовать эффект квантовой интерференции. Это необходимо, чтобы выполнить, к примеру, квантовую операцию управляемого отрицания.
Решая эту проблему, группа исследователей из University of Science and Technology of China (Китай), Würzburg University (Германия), а также Cavendish Laboratory (Великобритания) добились успеха в процессе создания источника одного единственного фотона на базе квантовой точки. В сформированной ими системе квантовая точка облучается при помощи лазера, а в результате генерируется один и только один фотон. Более того, созданные таким образом фотоны обладают свойством «почти полной неразличимости». Иными словами, они практически полностью идентичны друг другу. Столь высокое «качество» источника единичного фотона на базе полупроводниковой квантовой точки достигнуто впервые.
Квантовые точки в описанной системе можно рассматривать, как искусственные атомы, постоянно расположенные на полупроводниковом чипе. Лазерный импульс, которым они облучаются, длится всего 3 пикосекунды, а его длина волны в точности соответствует частоте оптического перехода в квантовой точке. Этот импульс переводит квантовую точку, а точнее связанную пару носителей заряда (электрон-дырка) из нулевого состояния (вакуума) в возбужденное. Спустя короткое время эта пара рекомбинирует, испуская один фотон.
Как заявляют ученые, участвовавшие в эксперименте, качество созданного источника одного фотона на базе квантовой точки сопоставимо с более традиционными («природными») источниками фотонов, к примеру, ловушками атомов или ионов.
Важной особенностью предложенной методики получения фотонов является тот факт, что в будущем такой однофотонный источник может быть легко расширен для получения большего числа частиц, которые затем могут быть задействованы в более сложных квантовых алгоритмах.
Правда, как говорят сами ученые, пока еще работу нельзя назвать законченной. Основная проблема метода на данный момент заключается в том, что лишь малый процент сгенерированных таким образом фотонов может быть зафиксирован в микрополостях, используемых для эксперимента. В идеальной ситуации этот показатель должен быть близок к 100%. Сейчас группа занята попытками повысить эту долю.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Также по теме:
- Чистые нанотрубки – путь к фундаментальным открытиям и квантовым вычислениям
- Новый шаг в исследовании ультрахолодных газов
- Световое управление магнитным полупроводником
- Возможен ли квантовый компьютер при комнатной температуре?
- Новое состояние Иттербия (Yb) – путь к квантовому компьютеру
Источники: