Επιστήμονες ποσοτικοποιούν τους απαιτούμενους πόρους για την κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή φωτονίων

Τα φωτόνια και τα γραμμικά οπτικά δομικά στοιχεία, όπως καθρέπτες και διαχωριστές δέσμης, έχουν παρουσιαστεί ως τα πρακτικά μέσα για να γίνει ένας κβαντικός υπολογιστής. Αλλά τι χρειάζεται πραγματικά για να κατασκευαστεί, τμήμα-τμήμα, ένας γραμμικός οπτικός κβαντικός υπολογιστής; Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, στο Ηνωμένο Βασίλειο, περιγράφουν στο Physical Review X της American Physical Society, μια θεωρητική ανάλυση η οποία ποσοτικοποιεί τους τεχνικούς πόρους που απαιτούνται για την κατασκευή ενός τέτοιου μηχανήματος.

Η εργασία τους πηγαίνει πέρα από προηγούμενες αναλύσεις γιατί το κάνει δύο πράγματα ταυτόχρονα. Πρώτον, καθορίζει το συνολικό αριθμό των εξαρτημάτων που απαιτούνται για την κατασκευή μιας χρήσιμης γραμμικής οπτικής κβαντικής υπολογιστικής (LOQC) μηχανής. Δεύτερον, καταδεικνύει τους ανώτατους επιτρεπόμενους ρυθμούς απώλειας φωτονίων και λαθών που θα μπορούσε να έχει κάθε δομικό στοιχείο για να είναι διαθέσιμο για απρόσκοπτους και χωρίς λάθη υπολογισμούς. Παρέχει επίσης μια σύγκριση με τα υπολογιστικά συστήματα που χρησιμοποιούν «ύλη», όπως άτομα και υπεραγώγιμα κυκλώματα, αντί για τα φωτόνια, για να κωδικοποιήσουν κβαντικές πληροφορίες.

Οι συγγραφείς εκτιμούν ότι, για ένα ρυθμό απώλειας φωτονίων ανά δομικό στοιχείο ίσο με ένα στα χίλια και ένα ποσοστό σφάλματος ανά δομικό στοιχείο ίσο με ένα στα εκατό χιλιάδες, ο συνολικός αριθμός των στοιχείων που απαιτούνται είναι τουλάχιστον πέντε τάξεις μεγέθους μεγαλύτερος από ότι για έναν επεξεργαστή με βάση την «ύλη». Αυτό συμβαίνει επειδή τα φωτόνια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους πολύ ασθενέστερα από ότι τα σωμάτια ύλης. Τα συστήματα LOQC υπερβαίνουν αυτό τον περιορισμό μόνο με τη θυσία των μαζικώς πιο πολύπλοκων κυκλωμάτων. Ενώ τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να θεωρηθούν ως κακή είδηση για τα LOQC, θα μπορούσαν να οδηγήσουν τους ερευνητές στην έρευνα για βελτιωμένα πρωτόκολλα για τα LOQC. Στο τέλος, υβριδικές αρχιτεκτονικές που συνδυάζουν φωτόνια και «ύλη» μπορεί να αποδειχθούν καλύτερες από ότι οι καθαρά οπτικές προσεγγίσεις.

Πηγή: APS

Περισσότερα στη δημοσίευση: Resource Costs for Fault-Tolerant Linear Optical Quantum Computing, Phys. Rev. X 5