Физики нашли "недостающее звено", которое может обеспечить технологию квантового интернета

Прежде чем квантовые компьютеры и квантовые сети смогут реализовать свой огромный потенциал, ученым предстоит решить несколько сложных проблем, но новое исследование описывает потенциальное решение одной из них.

Как мы видели в недавних исследованиях, кремниевый материал, из которого сделаны наши существующие классические вычислительные компоненты, показал потенциал для хранения квантовых битов.

Эти квантовые биты - или кубиты - являются ключом к производительности квантовых вычислений следующего уровня, и они бывают разных типов.

Кремниевые кубиты - один из типов, который физикам удалось сделать более совершенным и стабильным с течением времени, но также остается вопрос о соединении их вместе в масштабе. Новое исследование показывает, что определенные дефекты в кремнии - известные как Т-центры - могут выступать в качестве фотонных (или световых) связей между кубитами.

"Такой эмиттер, как Т-центр, сочетающий в себе высокопроизводительные спиновые кубиты и оптическую генерацию фотонов, идеально подходит для создания масштабируемых, распределенных квантовых компьютеров", - говорит квантовый физик Стефани Симмонс из Университета Саймона Фрейзера в Канаде.

"Они могут обрабатывать данные и передавать их вместе, вместо того чтобы использовать две различные квантовые технологии, одну для обработки, другую для передачи данных".

Другими словами, это более эффективная система и, вполне возможно, более простая в создании. Исследователи сообщают, что впервые этот вид активности квантовых частиц наблюдался оптически в кремнии - еще одно доказательство того, что это жизнеспособный путь вперед.

Есть и другое преимущество: Т-центры излучают свет с той же длиной волны, которая используется в современных оптоволоконных сетях связи и телекоммуникационном оборудовании. Это сделает внедрение технологии квантового интернета более простым.

"С помощью Т-центров можно создавать квантовые процессоры, которые по своей сути общаются с другими процессорами", - говорит Симмонс.

"Когда ваш кремниевый кубит может общаться, испуская фотоны (свет) в том же диапазоне, который используется в центрах обработки данных и оптоволоконных сетях, вы получаете те же преимущества для соединения миллионов кубитов, необходимых для квантовых вычислений".

Исследователи изготовили десятки тысяч маленьких "микропакетов" на кремниевых пластинах, используя специальные методы микроскопии, чтобы подтвердить, что каждое из этих крошечных устройств имеет небольшое количество Т-центров, к которым можно обращаться индивидуально и управлять ими.

Нам предстоит еще много работы - кубиты необходимо сделать более надежными и точными, чтобы их можно было правильно использовать, - но это исследование еще на один значительный шаг приближает нас к будущему квантовых вычислений.

Если это будущее может быть основано на кремнии, то у нас уже есть многолетний опыт производства и оборудование, которое мы можем использовать, а это, в свою очередь, означает более плавный переход к масштабным квантовым вычислениям.

"Найдя способ создания квантовых вычислительных процессоров в кремнии, вы сможете воспользоваться всеми многолетними разработками, знаниями и инфраструктурой, используемыми для производства обычных компьютеров, а не создавать совершенно новую отрасль для производства квантовых компьютеров", - говорит Симмонс.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.