Een internationaal team van wetenschappers uit Australië, Japan en de Verenigde Staten hebben een prototype gemaakt van een grootschalige kwantumprocessor gemaakt van laserlicht.

Gebaseerd op een ontwerp van tien jaar in de maak, de processor heeft ingebouwde schaalbaarheid waarmee het aantal kwantumcomponenten - gemaakt van licht - tot extreme aantallen kan worden geschaald. Het onderzoek is gepubliceerd in Wetenschap vandaag.

Quantumcomputers beloven snelle oplossingen voor moeilijke problemen, maar om dit te doen, hebben ze een groot aantal kwantumcomponenten nodig en moeten ze relatief foutloos zijn. De huidige quantumprocessors zijn nog klein en gevoelig voor fouten. Dit nieuwe ontwerp biedt een alternatieve oplossing, licht gebruiken, om de schaal te bereiken die nodig is om uiteindelijk beter te presteren dan klassieke computers op belangrijke problemen.

"Hoewel de huidige kwantumprocessors indrukwekkend zijn, het is niet duidelijk of de huidige ontwerpen kunnen worden opgeschaald naar extreem grote maten, " merkt Dr. Nicolas Menicucci op, Hoofdonderzoeker bij het Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) aan de RMIT University in Melbourne, Australië.

"Onze aanpak begint met extreme schaalbaarheid - vanaf het begin ingebouwd - omdat de processor, een clusterstaat genoemd, is gemaakt van licht."

Licht gebruiken als kwantumprocessor

Een clusterstatus is een grote verzameling verstrengelde kwantumcomponenten die kwantumberekeningen uitvoeren wanneer ze op een bepaalde manier worden gemeten.

"Om nuttig te zijn voor problemen in de echte wereld, een clustertoestand moet zowel groot genoeg zijn als de juiste verstrengelingsstructuur hebben. In de twee decennia sinds ze werden voorgesteld, alle eerdere demonstraties van clusterstaten hebben op een of beide van deze punten gefaald, "zegt Dr. Menicucci. "De onze is de eerste die ooit in beide slaagt."

Om de clusterstatus te maken, speciaal ontworpen kristallen zetten gewoon laserlicht om in een soort kwantumlicht dat geperst licht wordt genoemd, die vervolgens in een clustertoestand wordt geweven door een netwerk van spiegels, beamsplitters en optische vezels.

Het ontwerp van het team maakt een relatief klein experiment mogelijk om een ​​immense tweedimensionale clusterstatus te genereren met ingebouwde schaalbaarheid. Hoewel de niveaus van knijpen - een maatstaf voor kwaliteit - momenteel te laag zijn om praktische problemen op te lossen, het ontwerp is compatibel met benaderingen om state-of-the-art knijpniveaus te bereiken.

Het team zegt dat hun prestatie nieuwe mogelijkheden opent voor quantum computing met licht.

"In dit werk, voor het eerst in een systeem, we hebben een grootschalige clustertoestand gemaakt waarvan de structuur universele kwantumberekening mogelijk maakt. "Zegt Dr. Hidehiro Yonezawa, hoofdonderzoeker, CQC2T bij UNSW Canberra. "Ons experiment toont aan dat dit ontwerp haalbaar en schaalbaar is."