Фотонный логический элемент реализован в кремнии

Новый логический элемент создан Джереми О'Брайеном (Jeremy O'Brien) с коллегами из Бристольского университета. Ранее исследовательской группе О'Брайена уже удавалось построить первый логический элемент CNOT (управляемое НЕ) для фотонов. Однако он был реализован не в кремниевом чипе, а на базе оптических компонентов.

Функционирование квантового CNOT можно описать следующим образом: он имеет два входных кубита, один из которых является управляющим, а другой управляемым. Если управляющий кубит имеет состояние, соответствующее 0, то ничего не происходит, а если 1, то управляемый кубит меняет значение.

Отметим, что в квантовых вычислениях CNOT имеет более важное значение, чем все остальные многокубитовые элементы, поскольку любой многокубитовый логический элемент можно построить из комбинации CNOT и однокубитовых элементов.

Элемент CNOT реализован на кремниевом чипе размером несколько миллиметров. Такой подход более пригоден для создания квантовых компьютеров, чем использование оптических элементов, например, расщепителей света и зеркал, так как позволяет разместить множество логических элементов более компактно.

Исследователи использовали волноводы, которые можно создать в кремнии с помощью обычных промышленных процессов, сообщает РhysicsWorld. Каждый созданный логический элемент содержит 6 параллельных волноводов, разделенных десятками микрометров кремния для того чтобы фотоны не взаимодействовали.

Однако в определенных точках волноводы сходятся на расстояние, сравнимое с длиной волны фотона (около 800 нм). Это позволяет осуществлять интерференцию и достигать состояния связанной фотонной пары. Работа элемента CNOT состоит в выполнении серии из трех таких связываний, а также контроля фотонов при их перемещении через чип.

Как сообщил Джереми О'Брайен, в созданном устройстве большинство фотонов - почти 90% - не обрабатываются правильно. Однако некорректные результаты могут быть успешно выявлены с помощью системы верифицирующих кубитов, взаимодействующих с управляемыми кубитами через дополнительные волноводы.

В настоящее время исследовательская группа работает над усовершенствованием системы верификации результатов работы элемента, а также изучает, какие источники и детекторы фотонов могли бы быть интегрированы в разработанный чип.