Крошечная ловушка для света может открыть путь к квантовым компьютерам с миллионом кубитов

Физики из Стэнфордского университета разработали новую архитектуру оптического резонатора, которая эффективно улавливает фотоны, испускаемые отдельными атомами-кубитами. Это решает ключевую проблему масштабирования квантовых компьютеров, позволяя считывать информацию со всех кубитов одновременно.

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, команда описала систему из 40 оптических полостей, каждая из которых удерживает один атом-кубит, а также прототип, содержащий более 500 полостей. Вместо множественных отражений света между зеркалами новая конструкция использует микролинзы внутри каждой полости для фокусировки света на отдельном атоме.

«Если мы хотим создать квантовый компьютер, нам нужно очень быстро считывать информацию из квантовых битов», — пояснил старший автор исследования, доцент Джонатан Саймон. — «Оптический резонатор может эффективно направлять испускаемый свет, и теперь мы нашли способ оснастить каждый атом в квантовом компьютере своей собственной индивидуальной полостью».

Этот подход прокладывает реалистичный путь к созданию сетей квантовых вычислений, которые в будущем могут объединять до миллиона кубитов. Учёные считают, что для превосходства над современными суперкомпьютерами потребуются именно такие масштабы, что, вероятно, потребует соединения многих квантовых компьютеров в крупные сети.

Помимо вычислений, технология массива резонаторов может найти применение в биосенсорике, микроскопии и даже астрономии, повышая разрешающую способность оптических телескопов.

Работа поддержана Национальным научным фондом, ВВС и Армией США, а также Министерством обороны США. Некоторые авторы исследования являются консультантами компании Atom Computing и владеют патентами на представленную геометрию резонатора.