(a) Experimentell uppställning för provtagning av bosoner med förlust. Uppställningen innehåller fyra delar. Den första delen är en enfotonkälla från en kvantprickig mikropelare. Den är placerad inuti en 4,2 K kryostat, och en konfokalmikroskopi används för att excitera kvantpunkten och samla in dess resonansfluorescens. Den andra delen är sex kaskadkopplade demultiplexrar som separerar den enda fotonströmmen i sju olika rumsliga lägen. Sju enkelmodsfibrer med olika längder används för att kompensera tidsfördröjningen mellan sju olika moder. Den tredje delen är det fotoniska nätverket med ultralåg förlust; de demultiplexade enstaka fotonerna injiceras i ett 16 × 16 mods fyrkantigt fotoniskt nätverk, som innehåller 113 stråldelare och 14 speglar. Den sista delen är upptäckten; 13 supraledande enfotondetektorer med nanotråd och 3 kiselbaserade lavindetektorer används för att detektera fotoner, och en hemmagjord enhet för sammanträffande räknar alla händelser utan kollision (visas ej). (b) Den ekvivalenta fotoniska kretsen för vår 16 × 16-mode interferometer, som är helt uppkopplad och har en överföringshastighet över 99 %. (c) Förstorat fotoniskt nätverk med ultralåg förlust med en storlek på 50,91 mm×45,25 mm×4,00 mm. Kredit:arXiv:1801.08282 [quant-ph]
Ett team av forskare från Kina, Tyskland och USA har funnit att bosonsampling med fotoner är ett genomförbart alternativ för att testa för kvantöverhöghet, trots att fotoner läcker från ett givet testsystem. I deras tidning publicerad i tidningen Fysiska granskningsbrev , gruppen beskriver att testa idén med fotoner som emitteras från en kvantpunkt.
I datorvärlden, Att bevisa att en kvantdator alltid kommer att överträffa en klassisk maskin när man arbetar med vissa svåra problem kallas kvantöverhöghet. Men allt eftersom arbetet fortskrider mot utvecklingen av en verkligt användbar kvantdator, forskare fortsätter att tänja på gränserna för traditionella datorer. Som ett resultat, forskare undersöker hur man designar och utvecklar lämpliga tester för att jämföra olika typer av arkitekturer. I denna nya insats, forskarna undersökte idén med bosonprovtagning med fotoner som ett test för båda maskintyperna. Tidigare forskning på idén antydde att den inte skulle vara användbar på grund av problem som härrör från fotoner som läcker från systemet.
Scenariot för bosonsamplingssystem fungerar genom att skapa en miljö där fotoner introduceras i en enhet under en given tidsperiod och tillåts interagera - mätningar tas av deras positioner under samma tidsperiod. Tanken är att simulera fördelningen av fotonernas läge över flera prover, en syssla som tidigare forskning har föreslagit skulle ta exponentiellt längre tid på dagens datorer jämfört med kvantmaskiner på grund av nödvändigheten av att faktorisera de slumpmässiga interaktioner som uppstår. Rädslan var att fotoner förlorade på grund av läckage skulle göra ett sådant tillvägagångssätt opraktiskt för att testa kvantöverlägsenhet.
För att testa idén, forskarna satte upp en fysisk enhet - en halvledarkvantprick inuti en kavitet. Punkten fungerade som en virtuell atom - den avgav fotoner (bosoner) när den sköts av en laser. Dessa fotoner skickades sedan genom en rad optiska objekt som fick dem att ta flera vägar, skapa ett virtuellt nätverk. En fotondetektor placerades vid alla utgångarna i syfte att notera deras positioner. Forskarna fann att många av de "förlorade foton"-proverna faktiskt var användbara, vilket ledde till en förbättring av datainsamlingshastigheten. Och det visade att idén borde vara ett genomförbart tillvägagångssätt för att testa kvantöverlägsenhet.
© 2018 Phys.org
