Genom att tämja ljuspartiklar och deras kvanttillstånd har forskare tagit ett kliv mot ännu mer kraftfulla kvantdatorer.
Optiska kretsar är en teknik som använder ljus för att överföra och bearbeta information. Dessa kretsar skiljer sig från traditionella elektroniska kretsar som använder elektriska signaler.
Optiska kretsar kommer att bli avgörande, enligt forskare, för utvecklingen av framtida teknologier som ohackbara kommunikationsnätverk och ultrasnabba kvantdatorer.
Kretsarna blir svårare att kontrollera
Men i takt med att kretsarna blir större och mer komplexa blir de både svårare att kontrollera och tillverka, något som påverkar deras prestanda. Nu har ett internationellt forskarlag, där Lunds universitet ingår, hittat en möjlig lösning på problemet.
Kvantdatorer, så funkar de
En kvantdator använder kvantmekanik för att utföra flera beräkningar samtidigt. Den gör att den kan lösa problem som dagens superdatorer inte klarar av. Den viktiga skillnaden ligger i datorns grundläggande byggstenar. I traditionella datorer är den minsta informationsbäraren en bit som kan anta värdet 0 eller 1. Kvantdatorer är i stället uppbyggda av kvantbitar som kan ha både värdet 0 och 1 samtidigt, tack vare en kvantegenskap som kallas superposition.
Källa: Lunds universitet
Vanliga internetfibrer
Det hela handlar om att konstruera optiska kretsar med hjälp av en process som förekommer spontant i naturen, nämligen att ljus sprids i optiska fibrer.
Forskargruppen använde i sin forskning kommersiella optiska fibrer som används över hela världen för att transportera internet till hem och företag. Dessa fibrer är tunnare än bredden på ett hårstrå och använder ljus för att överföra data. I studien kunde forskarna koda extremt mycket information i en enda ljuspartikel, vilket låser upp en massiv beräkningskraft.
– Genom att utnyttja det naturliga spridningsbeteendet hos ljus inuti en optisk fiber kunde vi programmera kretsar på mycket precisa sätt, säger fysikforskaren Armin Tavakoli.
– För att undvika att kvanttillståndet hos ljuspartiklarna som kommer ut i andra änden av en optisk fiber påverkas på ett komplicerat vis lyckades vi manipulera dem, tämja oordningen, och använda sammanflätningen av två ljuspartiklar som en resurs.
Många sätt att använda kvantdatorer
Läkemedelsutveckling, klimatprognoser och rymdforskning är bara några områden där kvantdatorer troligen kommer att spela en viktig roll de närmaste åren.
Andra områden är maskininlärning och artificiell intelligens – fält där optiska kretsar används för att snabbt bearbeta enorma mängder data. Att kunna manipulera ljuspartiklar och behålla kontrollen när kretsarna blir större kommer att bli en viktig pusselbit för utvecklingen av framtidens fullskaliga kvantdatorer, enligt forskarna.
Vetenskaplig artikel:
Inverse design of high-dimensional quantum optical circuits in a complex medium, Nature Physics.
Kontakt:
Armin Tavakoli, forskare vid Fysiska institutionen, Lunds universitet
armin.tavakoli@teorfys.lu.se
