Quantum computing representerar en potentiell banbrytande teknik som vida kan överträffa de tekniska begränsningarna hos moderna-dagars datorsystem för vissa uppgifter. Men det är fortfarande svårt att sätta ihop praktiska,-storskaliga kvantdatorer, särskilt på grund av de komplexa och känsliga teknikerna.
I vissa kvantberäkningssystem fångas enstaka joner (laddade atomer som strontium) och utsätts för elektromagnetiska fält inklusive laserljus för att producera vissa effekter, som används för att utföra beräkningar. Sådana kretsar kräver att många olika våglängder av ljus förs in i olika positioner av enheten, vilket innebär att många laserstrålar måste arrangeras korrekt och levereras till det avsedda området. I dessa fall blir de praktiska begränsningarna med att leverera många olika ljusstrålar runt inom ett begränsat utrymme en svårighet.
För att ta itu med detta undersökte forskare från University of Osaka unika sätt att leverera ljus i ett begränsat utrymme. Deras arbete avslöjade en kraftfull-nanofotonisk krets med optiska fibrer anslutna till vågledare för att leverera sex olika laserstrålar till sina destinationer. Fynden har publicerats iAPL Quantum.
"Skalbara, praktiska metoder för att konfigurera fotoniska kretsar associerade med fångade-jonkvantdatorer för att möjliggöra leverans av laserljus har ännu inte utvecklats", säger författaren Alto Osada. "För att övervinna denna utmaning ville vi skapa en effektiv metod som tar hänsyn till alla fångstzoner i en jonfälla."
Som en del av forskningen var vågledarna tvungna att delas och ordnas om på kreativa sätt inuti kretsarna för att överföra de olika laserstrålarna till rätt platser. Konstruktionerna var också tvungna att ta hänsyn till möjligheten att stänga av och slå på laserstrålar oberoende, samtidigt som den ger högsta möjliga energieffektivitet.
De resulterande vågledarmönstren ser ut som komplexa,-iögonfallande gobelänger när laserstrålarna korsar varandra och rör sig genom kretsarna.
"Vårt arbete visar att detta tillvägagångssätt kan tillåta flera hundra qubits på ett enda chip", påpekar Osada. Qubits hänvisar till kvantberäkningens grundläggande enheter, på vilka kvantalgoritmer körs för att ta itu med verkliga-världsproblem.
Forskarna använde två tillvägagångssätt för att bilda mönster, kallad bubblesortering och blockvis duplicering. Båda mönstren visade sig ha fördelar, där forskarna antydde att valet mellan de två skulle bero på faktorer som antalet laserstrålar som krävs och förluster av fotoniska element. Studien belyste framgångsrikt genomförbarheten och potentialen av att använda komplexa mönster av vågledare i kretsar för att föra ljusstrålar till fångade joner.
Denna forskning ger spännande implikationer att samma koncept skulle kunna tillämpas inte bara på kvantberäkningar utan även på tillverkningen av avancerade optiska system, vilket representerar ett viktigt tekniskt genombrott med ett brett spektrum av tillämpningar.
