Ученые показали первый однофотонный транзистор для квантовых вычислений

Исследователи из Университета Мэриленда и Объединенного Квантового Института продемонстрировали первый однофотонный транзистор с использованием полупроводниковой микросхемы. Согласно докладу, опубликованному в журнале Science, их разработка настолько мала, что в крупице соли может поместиться примерно один миллион таких устройств.

Подробнее о новом транзисторе

По словам ученых, для использования однофотонных транзисторов необходимо создать квантовые затворы между фотонами. ПО, работающее на квантовом компьютере, будет выполнять ряд таких коммуникационных задач, увеличивая скорость некоторых вычислительных задач экспоненциально.

Само устройство представляет собой полупроводниковый чип, пронизанный отверстиями наподобие пчелиной соты. Свет, который попадает внутрь микросхемы, отражается от специально расположенных отверстий и остается в ней. Внутри области чипа с наибольшей интенсивностью света находится кристалл — так называемая квантовая точка.

Эта точка работает подобно традиционной компьютерной памяти и сохраняет информацию о вошедших фотонах. Она способна эффективно оперировать с памятью и служит связующим звеном между фотонами — каждый фотон воздействует на следующий вошедший.

Один из руководителей исследования утверждает, что взаимодействие с каждым фотонным кубитом позволяет единственному фотону изменять целый поток следующих за ним частиц. Это является необходимым свойством для придания устройству статуса транзистора.

Тестирование устройства

Для проверки работоспособности чипа разработчики провели эксперимент: микросхему облучали слабым световым лучом, содержащим один фотон, который едва уловим при обычных условиях. Однако, в транзисторе этот фотон задержался на достаточное время для его регистрации квантовой точкой.

Ученые обнаружили, что фотон, контактирующий с точкой, может служить ключом для другого фотона и управлять его прохождением, «открывая дверь» в чип. С другой стороны, луч, не содержащий фотонов, блокирует прохождение других световых частиц в микросхеме.

Планы на будущее

Ученые сообщают, что планируют связать несколько фотонных транзисторов вместе для дальнейшего создания более компактных квантовых компьютеров, которые будут обрабатывать множество фотонных кубитов.

Не только университеты, но и компании стремятся создать более быстрые и компактные компьютеры для квантовых вычислений. Intel, к примеру, тестирует собственный квантовый чип, основанный на «спиновых кубитах».