Зерттеушілер кванттық есептеулер саласында айтарлықтай серпіліске қол жеткізді — олар қалыңдығы адам шашынан жүз есе жұқа құрылғы жасап шығарды. Nature Communications журналында жарияланған мақалада лазер сәулесін аса дәл басқаруға арналған жаңа оптикалық фазалық модулятор түрі сипатталған. Мұндай технология болашақта мыңдаған, тіпті миллиондаған кубиттермен — кванттық ақпаратты сақтау мен өңдеудің негізгі бірліктерімен жұмыс істей алатын кванттық компьютерлер үшін аса қажет.

Өндірістің ауқымдылығы

Құрылғыны жасау тәсіліне ерекше назар аударылды. Ғалымдар арнайы зертханалық жабдықтың орнына компьютерлерге, смартфондарға, автокөліктерге және тұрмыстық техникаға арналған процессорлар өндірісінде қолданылатын ауқымды өндірістік әдістерді пайдаланды. Бұл тәсіл құрылғыны жаппай өндіріске бейімдеуге мүмкіндік береді.

Жұмыс принципі мен артықшылықтары

Технологияның негізінде секунд сайын миллиардтаған рет болатын микротолқынды тербелістер жатыр. Бұл тербелістер чипке лазер сәулесін жоғары дәлдікпен басқаруға мүмкіндік береді. Лазер сәулесінің фазасын тікелей бақылау арқылы құрылғы жаңа, тұрақты және тиімді лазерлік жиіліктерді генерациялай алады. Мұндай басқару деңгейі кванттық есептеулермен қатар, кванттық сенсорлар мен кванттық желілерді дамыту үшін де қажет.

Кванттық компьютерлер үшін маңызы

Кванттық компьютерлердің көптеген перспективалы архитектуралары ақпаратты сақтау үшін иондар мен бейтарап атомдарды тұзақта пайдаланады, мұнда әр атом кубит рөлін атқарады. Бұл атомдармен әрекеттесу үшін аса дәл бапталған лазер сәулелері қажет — кейде дәлдік миллиардтық үлестерге дейін жетеді. Қазіргі уақытта мұндай дәл жиілік ығыстырулар көлемді үстел құрылғылары арқылы жүзеге асырылады, олар айтарлықтай микротолқынды қуатты талап етеді. Бұл жүйелер шағын эксперименттер үшін жарамды болғанымен, көптеген оптикалық арналармен жұмыс істейтін ірі кванттық компьютерлер үшін тиімсіз.

Жаңа құрылғы лазер жиілігін тиімді фазалық модуляция арқылы ығыстырады және көптеген коммерциялық модуляторларға қарағанда микротолқынды қуатты шамамен 80 есе аз тұтынады. Энергия тұтынудың төмендеуі жылу бөлуді азайтады, бұл бір чипте көбірек арналарды орналастыруға мүмкіндік береді. Бұл артықшылықтар чипті атомдардың дәл өзара әрекеттесуін үйлестіре алатын ауқымды жүйеге айналдырады, бұл кванттық есептеулер үшін аса маңызды.

Өнеркәсіптік өндіріс және интеграция

Жобаның басты жетістіктерінің бірі — құрылғы толықтай қазіргі заманғы микросхемалар өндірілетін фабрикада жасалған. CMOS технологиясын қолдану мыңдаған, тіпті миллиондаған бірдей фотондық құрылғыларды жаппай өндіруге жол ашады, бұл кванттық есептеулерді дамыту үшін өте маңызды.

Команда бұрын көлемді, қымбат және энергияны көп қажет ететін модулятор технологияларын жетілдіріп, оларды ықшам, тиімді және интеграциялауға оңай етті. Бұл оптиканың өзінің «транзисторлық революциясына» қадам басуына, вакуумдық шамдардың оптикалық аналогтарынан ауқымды интеграцияланған фотондық технологияларға көшуіне ықпал етеді.

Даму перспективалары

Қазіргі уақытта зерттеушілер бір чипте жиілік генерациясын, сүзгіден өткізуді және импульс қалыптастыруды біріктіретін толық интеграцияланған фотондық схемаларды жасаумен айналысуда. Бұл салаға толыққанды жұмыс істейтін кванттық фотондық платформаны жасауға жақындатады. Алдағы уақытта команда кванттық есептеулермен айналысатын компаниялармен бірлесіп, бұл чиптерді иондар мен бейтарап атомдарға негізделген заманауи кванттық компьютерлерде сынақтан өткізуді жоспарлап отыр.

Бұл құрылғы — соңғы жетіспейтін тетіктердің бірі. Біз көптеген кубиттерді басқаруға қабілетті, шынымен ауқымды фотондық платформаға жақындап келеміз.