В мире квантовых компьютеров самое главное — четкое взаимодействие между кубитами, вычислительными единицами. На практике, однако, оно не ограничивается кубитами и распространяется на окружающую среду. Так возникают помехи, разрушающие квантовые состояния кубитов, сообщает Phys.org. Для того чтобы справиться с этой проблемой, Раффин Эванс, выпускник Гарвардского университета из лаборатории Михаила Лукина, обратился к фотонам — частицам, взаимодействие между которыми отсутствует.

Преимущество своего подхода Эванс объясняет так: «Нетрудно создать систему с очень сильными взаимодействиями, но сильные взаимодействия могут также вызывать шум и помехи со стороны окружающей среды. Так что приходится содержать среду в абсолютной чистоте. Это крайне сложно. Мы же действуем в совершенно ином режиме. Мы используем фотоны с их слабым взаимодействием».

Эванс и его коллеги начали с создания двух кубитов, помещенных внутрь фотонной кристаллической полости, которая действует как два поставленных лицом к лицу зеркала.

Один из атомов выделяет фотон, тот начнает двигаться между зеркалами и, в какой-то момент, его поглощает другой атом. Вероятность того, что свет вступит во взаимодействие с атомом за один проход, чрезвычайно мала. Но если частица отскочит от поверхности кристалла около 10 000 раз, это произойдет почти наверняка.

Главная особенность этого исследования в том, что ученые оперируют фотонами в оптических частотах — их используют, например, для передачи данных по волоконному кабелю.

На этих частотах взаимодействие очень слабое, поэтому и помех практически не бывает — а это именно то, что нужно для создания надежных и протяженных квантовых сетей.

А поскольку схема воссоздана в наномасштабе, в перспективе на единственном микрочипе можно разместить множество таких устройств.

Есть и существенный минус: система работает только при сверхнизких температурах. Но даже несмотря на это, она проще, чем подходы, требующие лазерного охлаждения и оптических ловушек для атомов.

Недавно британские физики открыли новую гибридную систему для создания сверхбыстрых фотонных компьютеров. Найденные ими частицы — поляритоны Дирака — обладают некоторыми свойствами графена, и ученые смогли их настроить.