Исследователи из Технического университета Вены совместно с коллегами из Китая разработали и экспериментально реализовали двухкудитный управляемый фазовый вентиль. В отличие от стандартных квантовых компьютеров, использующих кубиты с двумя состояниями (0 и 1), новая система оперирует кудитами — квантовыми системами с произвольным числом базисных состояний. Статья ученых опубликована в журнале Nature Photonics.
Кудиты несут экспоненциально больше информации, чем кубиты. Четыре состояния — это как движение не только по сторонам света, но и по двум дополнительным осям. Однако для вычислений необходим механизм, позволяющий двум таким системам взаимодействовать контролируемым образом. Новый вентиль решает эту задачу.
Ключевая особенность нового вентиля — геральдированность. Система сообщает, успешно ли выполнена операция, и позволяет повторить попытку при неудаче. Это критично для масштабирования квантовых вычислений, где вероятность ошибки растет с числом элементов. Вентиль способен как запутывать два независимых фотона, так и разделять запутанную пару.
Физика процесса
Вместо поляризации, используемой в большинстве фотонных квантовых экспериментов, новый вентиль работает с пространственной волновой функцией фотонов. Она может принимать бесконечное число форм, соответствующих различным орбитальным угловым моментам. Два фотона в произвольных суперпозициях таких волновых форм вводятся в вентиль, где происходит их совместная обработка.
Меньшее количество частиц для той же вычислительной мощности означает высокую стабильность операций и снижение технических требований к системе. Это особенно важно для оптических квантовых компьютеров, где каждый дополнительный фотон усложняет экспериментальную установку.
Следующая цель — увеличение размерности системы и демонстрация алгоритмов, критически использующих преимущества кудитов над кубитами. Теоретическая схема, по словам физиков, уже разработана.
Ранее мы рассказывали, что уральские инженеры создали уникальную систему навигации для роботов.
