Квантовые компьютеры на основе лазеров с кубитами в виде пойманных в ловушки ионов интересны, но очень громоздки. Лазерный луч преодолевает многометровые дистанции по целой системе зеркал, линз и прочего оборудования, прежде чем попасть в пару запутанных ионов. Масштабировать такие системы до сотен и тысяч кубитов — та ещё забота. Особенно если учесть, что ловушки (кубиты) охлаждаются почти до абсолютного нуля. Но решение проблемы есть, и оно испытано.

Ещё несколько лет назад группа исследователей из MIT предложила направлять на кубиты лазерный луч не по воздуху (как в примере на фото ниже), а по волноводам внутри чипа с ионной ловушкой. Это предложение недавно реализовано группой учёных из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich). Исследователи разработали, создали и испытали фактически оптический квантовый переключатель, который может проложить путь к масштабируемым квантовым компьютерам общего назначения.

Учёные из Цюриха создали компактный оптический квантовый переключатель

С помощью классического техпроцесса был изготовлен кремниевый чип с волноводами толщиной 100 нм. На картинке можно увидеть схематическое изображение чипа в том месте, где лазерный луч вырывается на волю — выходит из оконечности волновода внутри чипа и ударяет в пару запутанных ионов. Ионы, в свою очередь, улавливаются двумя электродами — каждый своим, а вместе они в такой системе находятся в запутанном состоянии.

Учёные из Цюриха создали компактный оптический квантовый переключатель

«Интегрируя крошечные волноводы в микросхемы, содержащие электроды для захвата ионов, мы можем направлять свет непосредственно на эти ионы. Таким образом, вибрации криостата или других частей устройства вызывают гораздо меньше помех».

Учёные из Цюриха создали компактный оптический квантовый переключатель

В предложенном решении волноводы можно развести для управления многими ловушками, расположенными очень плотно. Это упрощает оптическую систему и защищает её от помех и ошибок. В производстве подобные ловушки будут очень дёшевы, но главное, что подобные решения помогут значительно и без затрат увеличить количество кубитов в составе оптических квантовых компьютеров.

Источник: 3dnews.ru