Kvantno računalništvo predstavlja potencialno revolucionarno tehnologijo, ki bi lahko za nekatere naloge daleč presegla tehnične omejitve sodobnih-računalniških sistemov. Vendar je sestavljanje praktičnih kvantnih-računalnikov velikega obsega še vedno izziv, zlasti zaradi zapletenih in občutljivih tehnik.
V nekaterih kvantnih računalniških sistemih so posamezni ioni (nabiti atomi, kot je stroncij) ujeti in izpostavljeni elektromagnetnim poljem, vključno z lasersko svetlobo, da povzročijo določene učinke, ki se uporabljajo za izvajanje izračunov. Takšna vezja zahtevajo veliko različnih valovnih dolžin svetlobe, ki jih je treba vnesti v različne položaje naprave, kar pomeni, da je treba številne laserske žarke pravilno razporediti in dostaviti na določeno območje. V teh primerih postanejo težave praktične omejitve prenosa številnih različnih svetlobnih žarkov znotraj omejenega prostora.
Da bi to rešili, so raziskovalci z Univerze v Osaki raziskali edinstvene načine za zagotavljanje svetlobe v omejenem prostoru. Njihovo delo je razkrilo energijsko-učinkovito nanofotonsko vezje z optičnimi vlakni, pritrjenimi na valovode za dostavo šestih različnih laserskih žarkov do njihovih ciljev. Ugotovitve so bile objavljene vAPL Quantum.
»Razširljive, praktične metode za konfiguriranje fotonskih vezij, povezanih s kvantnimi računalniki z ujetimi{0}}ioni, ki bi omogočile dovajanje laserske svetlobe, še niso bile razvite,« pravi avtor Alto Osada. "Da bi premagali ta izziv, smo želeli ustvariti učinkovito metodo, ki upošteva vsa območja lovljenja v ionski pasti."
Kot del raziskave je bilo treba valovode razdeliti in na kreativen način preurediti znotraj vezja, da so različni laserski žarki prenesli na prave lokacije. Zasnove so morale upoštevati tudi možnost neodvisnega vklapljanja in vklapljanja laserskih žarkov, hkrati pa zagotavljati najvišjo možno energetsko učinkovitost.
Nastali valovodni vzorci so videti kot zapletene,-vpadljive tapiserije, ko se laserski žarki križajo drug čez drugega in premikajo skozi vezja.
"Naše delo kaže, da lahko ta pristop omogoči več sto kubitov na enem čipu," poudarja Osada. Qubiti se nanašajo na osnovne enote kvantnega računalništva, na katerih delujejo kvantni algoritmi za reševanje težav-resničnega sveta.
Raziskovalci so uporabili dva pristopa k oblikovanju vzorcev, imenovana razvrščanje z mehurčki in podvajanje po blokih. Ugotovljeno je bilo, da imata oba vzorca prednosti, pri čemer so raziskovalci predlagali, da bi bila izbira med obema odvisna od dejavnikov, kot so število potrebnih laserskih žarkov in izgube fotonskih elementov. Študija je uspešno poudarila izvedljivost in potencial uporabe zapletenih vzorcev valovodov v vezjih, da se svetlobni žarki dovedejo do ujetih ionov.
Ta raziskava zagotavlja vznemirljive posledice, da bi isti koncept lahko uporabili ne le za kvantno računalništvo, ampak tudi za izdelavo naprednih optičnih sistemov, ki predstavljajo pomemben tehnološki preboj s širokim naborom aplikacij.
