Фізики створили перший універсальний квантовий вентиль

0

Автор: студентка групи ОПС-3, Михалейко Соломія

Фізики з університетів Гріффіта і Квінсленда вперше створили робочий прототип квантового вентиля Фредкіна. Пристрій змінює місцями стан двох кубітів в залежності від стану третього, керуючого кубіта. За допомогою комбінацій з одного або декількох таких вентилів можна виконати будь-яку квантову логічну операцію, іншими словами він є універсальним.
Вентиль працює наступним чином. В один з трьох вводів подається контрольний сигнал. Якщо його значення дорівнює нулю, то і він, і сигнали двох, що залишилися вводів проходять незмінними. Якщо значення контрольного сигналу дорівнює одиниці, то сигнали двох інших вводів міняються місцями в каналах виходу, контрольна лінія залишається при цьому незмінною. За допомогою одного або декількох класичних вентилів можуть бути виконані будь-які логічні операції.
Аналогічними властивостями володіє і квантовий вентиль. По суті, це означає, що замість створення декількох різних типів вентилів для кожної операції (НЕ, АБО, виключне АБО і так далі) в пристрої можна використовувати елементи лише одного типу, певним чином між собою з’єднані. Зокрема, це може зменшити загальну кількість елементів у схемі.
Фізики-теоретики запропонували раніше кілька способів створення вентиля Фредкіна, зокрема, за допомогою комбінації з п’яти звичайних двохкубітних елементів. Однак такі схеми досить складні і досі не були реалізовані. Автори нової роботи не тільки запропонували більш просту схему вентиля без використання додаткових логічних елементів, а й втілили її в життя.
Вчені реалізували пристрій за допомогою лінійної оптики – за основу була взята схема операції SWAP (міняє місцями кубіти). До цієї схеми автори додали контрольну лінію. Фізики відзначають, що такий крок був можливий саме для оптичних систем. Для того, щоб контрольна лінія могла впливати на операцію SWAP автори використовували особливий вид заплутаності, що працює для шляхів фотонів. Іншими словами, один з фотонів міг йти по тому чи іншому напрямку в залежності від того, який шлях «вибрав» інший фотон.
Для генерації вхідного сигналу вчені використовували фотони, що народилися в результаті спонтанного параметричного розсіяння – явища, при якому один фотон перетворюється в два з половинними енергіями. Такі частинки є заплутаними. Потім фотони поляризувалися – так кодувався стан кубіта. Залежно від вибору шляху контрольним кубітом, два кубіта введення або перемішувалися, або продовжували рухатися незмінно.
Кожен з варіантів вхідного сигналу фізики тестували до моменту реєстрації 650 подій. Подією вважалися лише ті ситуації, коли чотири детектори (контрольний, для першого і другого кубіта і додатковий) одночасно фіксували прибуття одиничного фотона. Автори відзначають, що сам вентиль Фредкіна може бути використаний в цілому ряді різних завдань. Приміром, він дозволяє швидко порівнювати, чи є два набори кубітів однаковими. Така операція необхідна для звірки ключів і створення захищеної лінії зв’язку в квантової криптографії. Також вентиль можна використовувати в алгоритмі Шора, розкладанням числа на прості множники.


Share.

Comments:

Leave A Reply

'