Kvantedatabehandling representerer en potensiell banebrytende teknologi som langt kan overgå de tekniske begrensningene til moderne-dagers databehandlingssystemer for enkelte oppgaver. Det er imidlertid fortsatt utfordrende å sette sammen praktiske,-storskala kvantedatamaskiner, spesielt på grunn av de komplekse og delikate teknikkene som er involvert.
I noen kvantedatasystemer blir enkeltioner (ladede atomer som strontium) fanget og utsatt for elektromagnetiske felt inkludert laserlys for å produsere visse effekter, brukt til å utføre beregninger. Slike kretser krever at mange forskjellige bølgelengder av lys introduseres i forskjellige posisjoner av enheten, noe som betyr at mange laserstråler må arrangeres riktig og leveres til det angitte området. I disse tilfellene blir de praktiske begrensningene ved å levere mange forskjellige lysstråler rundt innenfor et begrenset rom en vanskelighet.
For å løse dette, undersøkte forskere fra University of Osaka unike måter å levere lys på et begrenset sted. Arbeidet deres avslørte en kraft-effektiv nanofotonisk krets med optiske fibre festet til bølgeledere for å levere seks forskjellige laserstråler til destinasjonene deres. Funnene er publisert iAPL Quantum.
"Skalerbare, praktiske metoder for å konfigurere fotoniske kretser assosiert med fangede-ionkvantedatamaskiner for å tillate levering av laserlys er ennå ikke utviklet," sier forfatteren Alto Osada. "For å overvinne denne utfordringen ønsket vi å lage en effektiv metode som tar hensyn til alle fangstsoner i en ionefelle."
Som en del av forskningen måtte bølgelederne deles og omorganiseres på kreative måter inne i kretsene for å overføre de forskjellige laserstrålene til de riktige stedene. Designene måtte også ta hensyn til muligheten til å slå laserstråler av og på uavhengig, samtidig som de gir høyest mulig strømeffektivitet.
De resulterende bølgeledermønstrene ser ut som komplekse, iøynefallende-gobeliner når laserstrålene krysser hverandre og beveger seg gjennom kretsene.
"Vårt arbeid viser at denne tilnærmingen kan tillate flere hundre qubits på en enkelt brikke," påpeker Osada. Qubits refererer til de grunnleggende enhetene for kvanteberegning, som kvantealgoritmer kjører på for å takle reelle-problemer i verden.
Forskerne brukte to tilnærminger til å danne mønstre, referert til som boblesortering og blokkvis duplisering. Begge mønstrene ble funnet å ha fordeler, og forskerne antydet at valget mellom de to ville avhenge av faktorer som antall laserstråler som kreves og tap av fotoniske elementer. Studien fremhevet vellykket gjennomførbarheten og potensialet ved å bruke komplekse mønstre av bølgeledere i kretser for å bringe lysstråler til fangede ioner.
Denne forskningen gir spennende implikasjoner om at det samme konseptet kan brukes ikke bare på kvantedatabehandling, men også på fabrikasjon av avanserte optiske systemer, som representerer et viktig teknologisk gjennombrudd med et bredt spekter av applikasjoner.
