光子もつれの新たなブレークスルーにより、量子コンピューターの小型化が可能になる可能性がある

量子コンピューティングは、もつれた光子を効率的に生成することに長い間苦労してきましたが、研究者チームはメタサーフェス（光を制御する平坦な人工構造）を利用することで、状況を一変させる方法を発見しました。これらのメタサーフェスを活用することで、これまでよりも簡単かつコンパクトに、もつれた光子を生成して操作できるようになります。このブレークスルーは、より小型でより強力な量子コンピューターへの扉を開き、さらにはもつれた光子を複数のユーザーに配信する量子ネットワークへの道を開く可能性があります。

科学者たちは、メタ表面を使用して絡み合った光子を作成し、量子コンピューティングと通信を簡素化する方法を発見しました。 (小さなメタ表面による多光子のもつれの生成)。

量子情報処理は、大量のデータを処理するために複数の光子のもつれに依存しています。ただし、これらのもつれた光子を効率的に作成する方法は依然として大きな課題です。従来の方法では、量子非線形光学プロセスを使用しますが、これは多数の光子に拡張することが困難です。または、線形ビーム分割と量子干渉を使用しますが、これには複雑で繊細なデバイスが必要であり、損失やクロストークが発生しやすいです。

北京大学、南方科学技術大学、中国科学技術大学の研究チームは最近、この分野で画期的な成果を上げました。 AdvancedPhotonicsNexus 誌によると、彼らはメタサーフェス (光の位相、周波数、偏光を正確に制御できる超薄型の人工構造) を使用した新しい技術を開発したとのことです。この方法では、単一要素表面上で多光子のもつれを生成できるため、プロセスがより単純かつ効率的になります。

彼らの方法では、複数の単一光子をさまざまな角度から特別に設計された勾配要素表面に向けます。メタサーフェスはこれらの光子を操作して、量子的に干渉し、もつれた光子の状態を作成します。この技術は、さまざまなもつれ状態を生成するだけでなく、複数のもつれ光子ペアをより大きくより複雑な光子グループに融合することもできます。したがって、より多くの量子情報をより小さな空間でエンコードできるようになり、量子コンピューティングおよび通信技術の開発が前進する可能性があります。

報告書の責任著者であるGu Ying教授は、この新しい方法は量子情報処理に新たな視点を提供すると信じている。「迷路の中で近道を見つけるようなもの。複雑な光学デバイス内をジグザグに進む代わりに、メタ表面を使用して仕事を行うことができる。もつれた光子の作成と操作のプロセスがよりシンプルかつコンパクトになる。チップ上にインストールできる小さな量子デバイスの構築に非常に適しており、将来の優れたソリューションとなる」量子コンピューティングと通信アプリケーション。」

多光子もつれを生成するこの新しい方法により、多くの量子アプリケーションの実現が容易になる可能性があります。たとえば、メタサーフェスを使用してもつれた光子を生成し、それらを複数のユーザーに配信することで、量子ネットワークの確立が容易になります。さらに、メタ表面はより多くの光子を処理するための構成要素として機能する可能性があり、ラップトップほどの小型の量子コンピューターの開発が可能になる可能性があります。可能性は刺激的であり、この研究は私たちをその実現に一歩近づけます。

/scitechdaily から編集