שבב פוטוני חדש מבטיח מחשבים קוונטיים חסונים יותר

המחקר הוא חלק מתוכנית המעבד הקוונטי הפוטוני ב-CQC2T. מרכז המצוינות מפתח גישות מקבילות באמצעות מעבדים אופטיים ומעבדי סיליקון במרוץ לפתח את מערכת החישוב הקוונטי הראשונה

מדענים פיתחו שבב פוטוני טופולוגי לעיבוד מידע קוונטי, שמבטיח אפשרות עם יותר חוסן למחשבים קוונטיים מדרגיים.

צוות המחקר, בראשות ד”ר אלברטו פרוצו מאוניברסיטת RMIT, הוכיח בפעם הראשונה שאפשר לקודד, לעבד ולהעביר ממרחק מידע קוונטי באמצעות מעגלים טופולוגיים בשבב. המחקר מתפרסם ב-Science Advances.

פריצת הדרך יכולה להוביל לפיתוח של חומרים חדשים, מחשבים מדור חדש והבנה עמוקה יותר של מדעי היסוד.

בשיתוף פעולה עם מדענים מ-Politecnico di Milano ו-ETH Zurich, החוקרים השתמשו בפוטוניקה טופולוגית – תחום מתפתח במהירות שמטרתו לחקור את הפיזיקה של פאזות טופולוגיות של חומר בהקשר אופטי חדשני – לבנות שבב עם “מפצל אלומה” וליצור שער קוונטי פוטוני עם דיוק גבוה.

“אנחנו צופים שהתכנון של השבב החדש יפתח את הדרך לחקר של השפעות קוונטיות בחומרים טופולוגיים ולעידן חדש של עיבוד קוונטי חסון מבחינה טופולוגית בטכנולוגיה של פוטוניקה משולבת”, אומר פרוצו, חוקר ראשי במרכז ARC למצוינות במחשוב קוונטי וטכנולוגיות תקשורת (CQC2T) ומנהל המעבדה לפוטוניקה קוונטית ב-RMIT.

לפוטוניקה טופולוגית יש יתרון שהיא לא מצריכה שדות מגנטיים חזקים, ויש לה תכונות של קוהרנטיות גבוהה עצמותית, פעולה בטמפרטורת החדר וקל לטפל בה”, אומר פרוצו.

“אלה דרישות חיוניות להגדלה של מחשבים קוונטיים”.

תוך חזרה על הניסוי המפורסם Hong-Ou-Mandel (HOM) — שבו לוקחים שני פוטונים, המרכיבים הסופיים של אור, ויוצרים ביניהם התאבכות לפי החוקים של מכניקת הקוונטים — הצוות הצליח להשתמש בשבב הפוטוני כדי להוכיח, בפעם הראשונה, שמצבים טופולוגיים יכולים לעבור התאבכות קוונטית עם דיוק גבוהה.

התאבכות HOM נמצאת בלב של החישוב הקוונטי האופטי שמאוד רגיש לשגיאות. מצבים מוגנים מבחינה טופולוגית יכולים להוסיף חוסן לתקשורת הקוונטית, על ידי הפחתת רעש ופגמים ששכיחים בטכנולוגיה הקוונטית. זה אטרקטיבי במיוחד לעיבוד מידע קוונטי אופטי.

“מחקרים קודמים התמקדו בפוטוניקה טופולוגית באמצעות אור לייזר “קלאסי”, שמתנהג כמו גל קלאסי. כאן אנחנו משתמשים בפוטונים יחידים, שמתנהגים לפי מכניקת הקוונטים”, אמר המחבר המוביל ז’ן-לוק טמבסקו, דוקטורנט ב-RMIT.

הוכחת התאבכות קוונטית עם דיוק גבוה היא תחילן לשידור נתונים מדויקים באמצעות פוטונים יחידים בתקשורת קוונטית – רכיב חיוני של רשת קוונטית גלובלית.

“העבודה הזאת מפגישה את שני התחומים המשגשגים של טכנולוגיית הקוונטים ומבודדים טופולוגיים ויכולה להוביל להתפתחות של חומרים חדשים, מחשבים מדור חדש ומדעי היסוד” אומר פרוצו.

המחקר הוא חלק מתוכנית המעבד הקוונטי הפוטוני ב-CQC2T. מרכז המצוינות מפתח גישות מקבילות באמצעות מעבדים אופטיים ומעבדי סיליקון במרוץ לפתח את מערכת החישוב הקוונטי הראשונה.

החוקרים האוסטרליים של CQC2T יצרו הובלה גלובלית במידע קוונטי. אחרי שפיתחו טכנולוגיות ייחודיות לטיפול בחומר ואור ברמה של אטומים ופוטונים פרטניים, הצוות הדגים את הקיוביטים עם הדיוק הרב ביותר וזמן הקוהרנטיות הארוך ביותר במצב המוצק, הזיכרון הקוונטי עם אורך החיים הארוך ביותר בעולם, והיכולת להריץ אלגוריתמים בקנה מידה קטן על קיוביטים פוטוניים.

להודעה של המרכז האוסטרלי לחישוב ותקשורת קוונטית ARC Centre of Excellence for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T)

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• ההיסטוריה של תחום מדעי המידע הקוונטי
• פרס נובל לפיסיקה לפורצי דרך בתחום האופטיקה הקוונטית
• ישראל תשקיע במערך מיחשוב קוונטי לנושאי בטחון