Ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж, университета Пурду и Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (EPFL) продемонстрировали новую технологию, которая позволяет хранить большое количество информации в фотонах света. Эта техника позволяет достаточно просто записать и считать из фотонов одно из восьми возможных значений, а запутывание таких фотонов в пары позволяет создать квантовое 64-мерное информационное пространство.
Напомним нашим читателям, что традиционные компьютеры хранят и обрабатывают информацию, представленную в виде битов, которые могут принимать значение 1 или 0. Квантовые компьютеры уже оперируют квантовыми битами, кубитами, которые помимо двух указанных значений, могут иметь и третье, когда значение кубита равно и 1 и 0 одновременно, что называется состоянием суперпозиции. Однако, в последнее время начали появляться многомерные квантовые биты, кудиты (qudits), которые, теоретически, могут заключать в себе десятки значений, значительно увеличивая потенциал квантовых систем обработки и передачи данных. И что еще немаловажно, кудиты более устойчивы к таким шумам и внешним помехам, которые разрушают хрупкое квантовое состояние обычных кубитов.
Как уже упоминалось выше, ученые создали кудиты на базе фотонов света, каждый из которых может содержать одно из восьми значений. Запутывание таких фотонов в пары на квантовом уровне позволяет произвести 64-мерное квантовое пространство, что в четыре раза больше, чем удавалось получить в более ранних экспериментах.
Процесс начинается с подачи света лазера в специальный микрокольцевой резонатор, структура которого производит пары "восьмимерных" фотонов, способных находиться в одном из 64 возможных состояний. Квантовым параметром в данном случае является частота (цвет) фотонов.
Затем, при помощи электрооптического фазового модулятора различные частоты света смешиваются определенным образом и полученному результату при помощи устройства-шейпера, придается заданная форма импульса. Нечто подобное уже используется в квантовых коммуникациях, но в данном случае ученые получили просто огромное количество вариантов частотных корреляций.
Используя статистические методы и компьютерное моделирование, ученые выяснили, какие из видов частотных корреляций фотонов-кудитов могут быть использованы в качестве своеобразных логических элементов, выполняющих обработку квантовых данных. Потом эти логические элементы можно будет выстраивать в различные цепочки, в том числе и разветвляющиеся, для того, чтобы сформировать схему квантовой памяти и одновременно процессора, выполняющего определенный вид обработки данных.
В ближайшем будущем ученые планируют послать эти пары запутанных восьмимерных фотонов через оптоволокно и проверить возможность реализации при их помощи таких вещей, как телепортация квантовой информации, обмен квантовой запутанностью и других, на которых основываются все технологии квантовых коммуникаций.