Ученые продемонстрировали мощную технику, которая позволит квантовым компьютерам хранить гораздо больше информации в фотонах света. Им удалось закодировать восемь уровней данных в фотоны и легко прочитать их, что представляет собой экспоненциальный скачок по сравнению с предыдущими системами.
Традиционные компьютеры хранят и обрабатывают информацию в двоичных битах, которые могут содержать значение нуля или единицы. Квантовые компьютеры резко повышают эту мощность благодаря своим квантовым битам или кубитам, которые могут хранить значения нуля, единицы или обоих значений одновременно. Но развивающаяся версия кубитов, известная как кудиты (qudits), еще больше улучшает игру. Вместо двух значений, подобно кубитам, кудиты теоретически могут содержать десятки различных значений, что значительно увеличивает возможности обработки и хранения данных. Более того, кудиты более устойчивы к внешнему шуму, который может нарушать работу кубитов.
Но, конечно, есть одна загвоздка: сложно измерить и прочитать данные, хранящиеся в кудитах. Поэтому для нового исследования исследователи из Окриджской национальной лаборатории, Университета Пердью и Федеральной политехнической школы Лозанны разработали метод более надежного создания и чтения кудитов. В своих экспериментах они генерировали кудиты, каждый из которых мог содержать до восьми уровней информации, и квантово запутывали их попарно, чтобы создать 64-мерное квантовое пространство. По словам команды, это в четыре раза больше, чем в предыдущих исследованиях.
Эксперименты начинались с освещения лазером микрокольцевого резонатора, который представляет собой небольшую круглую структуру, производящую пары фотонов с восьмимерными состояниями. Цветовые частоты этих пар оказываются запутанными, создавая квантовое пространство, которое теоретически может содержать до 64 значений данных.
Исследователи использовали электрооптический фазовый модулятор, чтобы по-разному смешивать разные частоты света, а затем формирователь импульсов модифицировал фазу этих частот. Эти инструменты уже часто используются в телекоммуникациях, но в данном случае команда выполняла операции случайным образом, наугад. Это порождает множество различных типов частотных корреляций, которые ученые затем анализировали с помощью статистических методов и моделирования, чтобы найти те, которые лучше всего подходят для квантовых информационных систем.
В будущих экспериментах команда планирует отправить эти запутанные фотоны по оптическим волокнам для проверки таких вещей, как квантовая телепортация и обмен запутанностью, которые будут полезными протоколами для квантовой связи.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: Oak Ridge.
