Ett internationellt team av forskare från Australien, Japan och USA har tagit fram en prototyp av en storskalig kvantprocessor av laserljus.

Baserat på en design tio år på gång, processorn har inbyggd skalbarhet som gör att antalet kvantkomponenter-gjorda av ljus-kan skala till extrema tal. Forskningen publicerades i Vetenskap i dag.

Kvantdatorer lovar snabba lösningar på hårda problem, men för att göra detta kräver de ett stort antal kvantkomponenter och måste vara relativt felfria. Nuvarande kvantprocessorer är fortfarande små och utsatta för fel. Denna nya design ger en alternativ lösning, använder ljus, för att nå den skala som krävs för att så småningom överträffa klassiska datorer på viktiga problem.

"Även om dagens kvantprocessorer är imponerande, det är inte klart om de nuvarande mönstren kan skalas upp till extremt stora storlekar, "konstaterar Dr Nicolas Menicucci, Chefsutredare vid Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) vid RMIT University i Melbourne, Australien.

"Vår strategi börjar med extrem skalbarhet - inbyggd från början - eftersom processorn, kallas ett klustertillstånd, är gjord av ljus. "

Använda ljus som en kvantprocessor

Ett klustillstånd är en stor samling av intrasslade kvantkomponenter som utför kvantberäkningar när de mäts på ett visst sätt.

"För att vara användbar för verkliga problem, ett klustertillstånd måste vara både tillräckligt stort och ha rätt sammanfogningsstruktur. Under de två decennierna sedan de föreslogs, alla tidigare demonstrationer av klusterstater har misslyckats på en eller båda av dessa punkter, "säger Dr Menicucci." Vårt är det första som någonsin lyckats med båda. "

För att göra klustret tillstånd, specialdesignade kristaller omvandlar vanligt laserljus till en typ av kvantljus som kallas pressat ljus, som sedan vävs in i ett klustillstånd av ett nätverk av speglar, stråldelare och optiska fibrer.

Teamets design möjliggör ett relativt litet experiment för att generera ett enormt tvådimensionellt klustillstånd med inbyggd skalbarhet. Även om klämnivåerna-ett mått på kvalitet-för närvarande är för låga för att lösa praktiska problem, designen är kompatibel med metoder för att uppnå toppmoderna klämnivåer.

Teamet säger att deras prestation öppnar nya möjligheter för kvantberäkning med ljus.

"I det här arbetet, för första gången i något system, vi har skapat en storskalig klustillstånd vars struktur möjliggör universell kvantberäkning. "säger Dr Hidehiro Yonezawa, Chefsutredare, CQC2T på UNSW Canberra. "Vårt experiment visar att denna design är genomförbar - och skalbar."