Femtio är ett kritiskt tal för kvantdatorer som kan lösa problem som klassiska superdatorer inte kan lösa. Att bevisa kvantöverhöghet kräver minst 50 qubits. För kvantdatorer som arbetar med ljus, det är lika nödvändigt att ha minst 50 fotoner. Och vad mer, dessa fotoner måste vara perfekta, annars kommer de att försämra sin egen kvantkapacitet. Det är denna perfektion som gör det svårt att inse. Inte omöjligt, dock, vilket forskare vid University of Twente har visat genom att föreslå modifieringar av kristallstrukturen inuti befintliga ljuskällor. Deras resultat publiceras i Fysisk granskning A .

Fotoner är lovande i en värld av kvantberäkningar, med dess krav på förveckling, superposition och interferens. Dessa är egenskaperna hos qubits, också. De gör det möjligt att bygga en dator som fungerar på ett sätt som är helt annorlunda än att göra beräkningar med standardbitar som representerar ettor och nollor. Sedan många år tillbaka, Forskare har förutspått kvantdatorer som kan lösa mycket komplexa problem, som att omedelbart beräkna alla vibrationer i en komplex molekyl.

Det första beviset på kvantöverlägsenhet finns redan där, uppnås med supraledande qubits och på mycket komplicerade teoretiska problem. Cirka 50 kvantbyggstenar behövs som ett minimum, oavsett om de är i form av fotoner eller qubits. Att använda fotoner kan ha fördelar jämfört med qubits:De kan fungera vid rumstemperatur och de är mer stabila. Det finns ett viktigt villkor:fotonerna måste vara perfekta för att nå det kritiska antalet 50. I deras nya artikel, UT-forskare har nu visat att detta är genomförbart.

Kasta bort en del av fotonen

Men vad är en "perfekt foton, " i alla fall? Fotonljuskällan kan vara förlustig, i vilket fall, en förväntad foton kommer inte att visas. Men du kan också förlora en foton – och därmed beräkningsresultaten – som rör sig genom en uppsättning ljusledande kanaler för kvantberäkningar. Den främsta orsaken till ofullkomlighet, dock, är att ljuskällan producerar fotoner som var och en är något olika, när de ska vara exakt likadana. Föreställ dig ett fotonpar som kommer ut ur ljuskällan, varav den ena är röd och den andra är lite mer orange. De har mycket, men inte tillräckligt, gemensamt. Att använda ett filter för att göra båda röda verkar självklart. Men du kommer att förlora en del av fotonen, vilket gör kvantberäkningar omöjliga, eftersom ofullkomligheterna förblir kopplade. Även i ett system som kan hantera vissa ofullkomligheter, det kritiska talet 50 nås aldrig, och av går överhöghet.

Kristalldomäner

Forskarna gick tillbaka till grunderna - till ljuskällan, för att avgöra om det finns utrymme för förbättringar. De ville förbättra ljuskällans kristallstruktur. Genom att leka med den föredragna orienteringen i kristallerna och genom att dela upp dem i domäner, det var möjligt att producera ljus med önskade egenskaper. Sedan några år tillbaka, forskare har arbetat med fasta domäner. Att variera domänerna, dock, krävs för bättre anpassning av ljusegenskaperna. I många labb runt om i världen, forskare studerar denna metod för att manipulera ljus. Denna nya publikation lägger till ett nytt sätt att optimera kristallen genom att närma sig förverkligandet av perfekta fotoner.