Optyka kwantowa w kwantowym przetwarzaniu informacji
Kwantowe przetwarzanie informacji wykorzystujące fotony jest bardzo obiecujące, ale wymaga możliwości stworzenia bramek logicznych na poziomie pojedynczych fotonów. Fotony nie małą ładunku i nie oddziałują ze sobą w sposób bezpośredni. Dlatego też w przypadku obliczeń opartych na liniowych układach optycznych pomiary łączy się z wynikami probabilistycznymi, aby zaimplementować oddziaływania między fotonami poprzez postselekcję. Metoda ta sama w sobie nie daje się rozszerzyć na duże urządzenia, ponieważ w przypadku wielu bramek logicznych prawdopodobieństwo sukcesu spada wraz z wielkością obliczeń. W ramach projektu MEQUIP (Memory-enhanced photonic quantum information processing), finansowanego ze środków UE, naukowy użyli pamięci, aby przekształcić liniowe układy optyczne w skalowalną architekturę do obliczeń kwantowych. Dokładniej mówiąc, zespół MEQUIP opracował szereg narzędzi i technik pozwalających na pokonanie przeszkód dotyczących skalowania. Aby umożliwić kwantowe przetwarzanie informacji na dużą skalę, potrzebna jest strategia czasowego multipleksowania, dzięki której można by aktywnie wybierać udane zdarzenia. Pamięci kwantowe okazały się skuteczne w tym zakresie dzięki aktywnej synchronizacji. Uczeni połączyli gigahertzowe źródło pojedynczych fotonów z pamięcią ramanowską działająca w temperaturze pokojowej. Zapisywano pojedyncze fotony i obserwowano wpływ wejściowej statystyki fotonów na pobierane światło, uzyskując wyniki zgodne z przewidywaniami teoretycznymi. Zachowanie zapisanej statystyki pola było jednak ograniczone przez szum mieszania czterofalowego. Oprócz znaczenia dla synchronizacji badano także potencjał przetwarzania informacji bezpośrednio w pamięciach. Przeanalizowano interferencję kwantową wzbudzeń optycznych i materiałowych podczas działania pamięci. Poszerzenie wiedzy na temat możliwości efektywnego wykorzystania pamięci kwantowych do zwiększenia skali probabilistycznych metod kwantowych otwiera przed naukowcami nowe obszary badań. Co ważne, inicjatywa MEQUIP przygotowała grunt pod nowe wspólne projekty. Ich przykładami są unijny projekt QUCHIP, w którym prowadzone będą dalsze badania nad możliwościami zastosowania pamięci kwantowych, oraz projekt Networked Quantum Information Technologies (NQIT).
Słowa kluczowe
Kwantowe przetwarzanie informacji, pamięci kwantowe, fotony, liniowe układy optyczne, MEQUIP