محاسبات کوانتومی نشاندهنده یک فناوری پیشرفت بالقوه است که میتواند از محدودیتهای فنی سیستمهای محاسباتی مدرن-برای برخی کارها فراتر رود. با این حال، کنار هم قرار دادن رایانههای کوانتومی در مقیاس بزرگ-بهویژه به دلیل تکنیکهای پیچیده و ظریف، چالشبرانگیز است.
در برخی از سیستمهای محاسباتی کوانتومی، یونهای منفرد (اتمهای باردار مانند استرانسیم) به دام افتاده و در معرض میدانهای الکترومغناطیسی از جمله نور لیزر قرار میگیرند تا اثرات خاصی تولید کنند که برای انجام محاسبات استفاده میشود. چنین مدارهایی به طول موج های مختلف نور نیاز دارند تا به موقعیت های مختلف دستگاه وارد شوند، به این معنی که پرتوهای لیزر متعدد باید به درستی مرتب شده و به منطقه تعیین شده تحویل داده شوند. در این موارد، محدودیتهای عملی ارسال پرتوهای مختلف نور در یک فضای محدود به یک مشکل تبدیل میشود.
برای رفع این مشکل، محققان دانشگاه اوزاکا روشهای منحصربهفردی را برای ارسال نور در فضای محدود بررسی کردند. کار آنها یک مدار نانوفوتونیکی کارآمد با توان-با فیبرهای نوری متصل به موجبرها برای رساندن شش پرتو لیزر مختلف به مقصدشان را نشان داد. یافته ها در منتشر شده استAPL کوانتومی.
آلتو اوسادا، نویسنده، میگوید: «روشهای مقیاسپذیر و عملی برای پیکربندی مدارهای فوتونیک مرتبط با رایانههای کوانتومی یونی به دام افتاده-برای اجازه دادن به انتقال نور لیزر هنوز توسعه نیافتهاند. برای غلبه بر این چالش، ما میخواستیم یک روش کارآمد ایجاد کنیم که تمام مناطق به دام انداختن در یک تله یونی را محاسبه کند.
به عنوان بخشی از تحقیقات، موجبرها باید به روشهای خلاقانه در مدار تقسیم میشدند تا پرتوهای لیزر مختلف را به مکانهای صحیح منتقل کنند. این طرح ها همچنین باید توانایی خاموش و روشن کردن پرتوهای لیزر را به طور مستقل در نظر می گرفتند، در حالی که بالاترین بازده ممکن را ارائه می دادند.
الگوهای موجبر بهنظر میرسند که پرتوهای لیزر از روی یکدیگر عبور میکنند و در مدارها حرکت میکنند.
اوسادا خاطرنشان می کند: «کار ما نشان می دهد که این رویکرد می تواند چند صد کیوبیت را روی یک تراشه واحد اجازه دهد. کیوبیت به واحدهای اساسی محاسبات کوانتومی اشاره دارد که الگوریتمهای کوانتومی بر اساس آنها برای مقابله با مشکلات{1} دنیای واقعی اجرا میشوند.
محققان از دو رویکرد برای شکلدهی الگوها استفاده کردند که به آنها مرتبسازی حبابی و تکراری بلوکی گفته میشود. مشخص شد که هر دو الگو دارای مزایایی هستند و محققان پیشنهاد کردند که انتخاب بین این دو به عواملی مانند تعداد پرتوهای لیزر مورد نیاز و تلفات عناصر فوتونیک بستگی دارد. این مطالعه با موفقیت امکان و پتانسیل استفاده از الگوهای پیچیده موجبرها را در مدار برای رساندن پرتوهای نور به یونهای به دام افتاده برجسته کرد.
این تحقیق مفاهیم هیجان انگیزی را ارائه می دهد که همین مفهوم را می توان نه تنها در محاسبات کوانتومی بلکه برای ساخت سیستم های نوری پیشرفته نیز به کار برد، که نشان دهنده یک پیشرفت مهم تکنولوژیکی با طیف گسترده ای از کاربردها است.
