En ny studie av forskare från University of Bristol tar oss ett betydande steg närmare att frigöra kvantberäkningens revolutionerande potential genom att utnyttja kiseltillverkningsteknologi för att bygga komplexa optiska kvantkretsar på chip.

Kvantdatorer erbjuder ett spännande nytt sätt att lösa problem som för närvarande är svårlösta även på de mest avancerade klassiska superdatorerna.

Att bygga en kvantdator i labbet har dock visat sig vara mycket utmanande.

Forskare vid universitetets Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) använder enskilda partiklar av ljus, fotoner, att konstruera optiska kretsar som bearbetar kvantbitar (qubits) av information.

Med samma material och tillverkningsanläggningar som ursprungligen utvecklades av elektronikindustrin, QET Labs har visat mycket komplexa kretsar på kiselchips som exakt kan bearbeta ett litet antal fotoniska qubits. Deras resultat har publicerats i tidskriften Optik Express .

Även om kretsar kan göras nästan godtyckligt stora har det visat sig svårt att generera många perfekta och identiska fotoner samtidigt för att bearbeta större mängder kvantinformation.

Forskargruppen, ledd av Dr Gary Sinclair och Dr Imad Faruque, satte sig för att undersöka om flera parallella källor på ett enda kiselchip kunde göras för att generera perfekta och identiska enstaka fotoner.

Dr. Imad Faruque sa:"Vi visade för första gången att nästan perfekta enfotoner kan genereras från två parallella källor på samma kiselchip.

"För att visa detta, vi tog fotoner från varje källa och utförde ett "kvantinterferens"-experiment:det ultimata testet av fotonkvalitet."

Resultaten visade att med nuvarande tekniker kan fotoner som genereras i flera källor parallellt göras upp till 92 procent identiska med varandra, och att det borde vara möjligt att förbättra detta ytterligare genom att använda de senaste metoderna som föreslagits.

Dr Gary Sinclair tillade:"Att generera många identiska enstaka fotoner parallellt är viktigt om vi ska skala upp de proof-of-principle-experiment som för närvarande utförs i labbet till något stort nog att bli ett praktiskt användbart beräkningsverktyg.

"Vårt experiment har experimentellt visat att detta är genomförbart för första gången. Denna demonstration markerar ett stort steg i kvantberäkning i kisel med fotoner och banar vägen för en snabb ökning av omfattningen av kvantberäkningsdemonstrationer som är möjliga.

"Även om vår demonstration är ett viktigt steg, många fler hinder återstår. Vårt nästa mål är att använda de senaste framstegen inom källdesign för att visa att vi kan generera fotoner som är mycket närmare 100 procent identiska än de 92 procent som visats hittills."