Oak Ridge National Laboratoryn (ORNL) tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän kvantti-informaatiota kuljettavien koodattujen fotonien hallintaan. Laboratorion Quantum Information Science -ryhmän tutkijat suorittivat erillisiä, itsenäisiä toimintoja samanaikaisesti kahdella kubitilla, jotka on koodattu eri taajuuksien fotoneihin. Tämä on keskeinen ominaisuus, kun kehitetään lineaarista optista kvanttilaskentaa.
Taajuuskoodattujen kubittien parissa työskentelevät tutkijat ovat pystyneet suorittamaan yhden operaation kahdella kubitilla rinnakkain, mutta se on varsin vähän kvantti-laskennalle. - Jotta voidaan toteuttaa universaali kvanttitietojärjestelmä, täytyy pystyä suorittamaan eri operaatioita samanaikaisesti eri kubittien kanssa. Juuri sen me olemme tehneet, toteaa tutkija Pavel Lougovski.
Lougovskin mukaan tiimin kokeellinen järjestelmä koostuu kahdesta lomitetusta fotonista, jotka sisältyvät yhteen optiseen kuituun. Tämä on pienin kvanttikone, joka voidaan kuvitella.
Monet tutkivat kvantti-informaation käsittelyä fotonien avulla ja jopa taajuuksien avulla. Kukaan ei ole ajatellut lähettää useita fotoneja saman kuitusäikeen läpi samassa tilassa ja operoida niiden avulla, kommentoivat tutkijat työtään muihin tutkimuksiin verrattuna.
Tutkijaryhmän kvanttitaajuusprosessorilla voidaan manipuloida fotonien taajuutta. Näin päästään superpositiotilaan, joka mahdollistaa kvanttitoiminnan ja laskennan. Kehitetyn prosessorinsa avulla tutkijat toteuttivat kaksi, 97-prosenttisesra samanlaista fotonia. Tulokset osoittivat, että fotonien kvanttitilat olivat lähes identtiset. Tähän ei ole aiemmin päästy.
Tutkijoiden kokeellinen rakenne tuottaa vakauden ja hallinnan. Jos fotoneita ajetaan erilaisia laitepolkuja pitkin, ne kokevat erilaisia vaihemuutoksia ja se johtaa epävakauteen. Kun ne ajetaan saman laitteen läpi, tässä tapauksessa samassa kuidussa, niiden hallinta on parempaa. Vakaus ja hallinta mahdollistavat kvanttioperaatiot, jotka säilyttävät informaatiota, vähentävät informaation käsittelyaikaa ja parantavat energiatehokkuutta.
Tutkijat vertaavat käynnissä olevia vuonna 2016 alkaneita hankkeitaan rakennuspalikoiksi, jotka toisiinsa linkitettyinä tekee suuren mittakaavan kvanttilaskennan mahdolliseksi.
Kun kvanttitietokoneiden rakennuspalikat ovat kaikki kohdallaan, tutkijat uskovat voivansa aloittaa kvanttilaitteiden yhdistämisen kvantti-internetyhteyden luomiseksi.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 5.12.2018
