מחשוב קוונטי מייצג טכנולוגיה פורצת דרך פוטנציאלית שיכולה לעלות בהרבה על המגבלות הטכניות של מערכות מחשוב מודרניות-לכמה משימות. עם זאת, חיבור מחשבים קוונטיים מעשיים-בקנה מידה גדול נותר מאתגר, במיוחד בגלל הטכניקות המורכבות והעדינות הכרוכות בכך.
בכמה מערכות מחשוב קוונטי, יונים בודדים (אטומים טעונים כגון סטרונציום) נלכדים ונחשפים לשדות אלקטרומגנטיים כולל אור לייזר כדי לייצר אפקטים מסוימים, המשמשים לביצוע חישובים. מעגלים כאלה דורשים אורכי גל רבים ושונים של אור כדי להיות מוכנסים למיקומים שונים של המכשיר, כלומר קרני לייזר רבות צריכות להיות מסודרות כראוי ומועברות לאזור המיועד. במקרים אלה, המגבלות המעשיות של העברת קרני אור רבות ושונות מסביב בתוך שטח מוגבל הופכות לקושי.
כדי להתמודד עם זה, חוקרים מאוניברסיטת אוסקה חקרו דרכים ייחודיות לספק אור בחלל מוגבל. עבודתם חשפה מעגל ננופוטוני יעיל-עם סיבים אופטיים המחוברים למובילי גל כדי להעביר שש קרני לייזר שונות ליעדיהם. הממצאים פורסמו בAPL Quantum.
"טרם פותחו שיטות ניתנות להרחבה ומעשיות לקביעת תצורה של מעגלים פוטוניים הקשורים למחשבי קוונטים לכודים- כדי לאפשר אספקת אור לייזר", אומר הסופר אלטו אוסדה. "כדי להתגבר על האתגר הזה, רצינו ליצור שיטה יעילה שמסבירה את כל אזורי הלכידה במלכודת יונים".
כחלק מהמחקר, היה צורך לפצל את מובילי הגלים ולסדר אותם מחדש בדרכים יצירתיות בתוך המעגל כדי להעביר את קרני הלייזר השונות למיקומים הנכונים. העיצובים היו צריכים גם לקחת בחשבון את היכולת לכבות ולהדליק את קרני הלייזר באופן עצמאי, תוך מתן יעילות הספק הגבוהה ביותר האפשרית.
דפוסי מוליכי הגל המתקבלים מקבלים מראה של שטיחי קיר מורכבים ומושכי עין, כאשר קרני הלייזר חוצות זו על זו ונעות במעגלים.
"העבודה שלנו מראה שגישה זו יכולה לאפשר כמה מאות קיוביטים בשבב בודד", מציינת אוסדה. קוויביטים מתייחסים ליחידות הבסיסיות של מחשוב קוונטי, שעליהן פועלים אלגוריתמים קוונטיים כדי להתמודד עם בעיות בעולם האמיתי-.
החוקרים השתמשו בשתי גישות ליצירת דפוסים, המכונה מיון בועות ושכפול בלוק. לשתי הדפוסים נמצאו יתרונות, כאשר החוקרים הציעו שהבחירה בין השניים תהיה תלויה בגורמים כמו מספר קרני הלייזר הנדרשות ואיבודים של אלמנטים פוטוניים. המחקר הדגיש בהצלחה את ההיתכנות והפוטנציאל של שימוש בדפוסים מורכבים של מובילי גל במעגלים כדי להביא קרני אור ליונים כלואים.
מחקר זה מספק השלכות מרגשות לכך שניתן ליישם את אותו רעיון לא רק על מחשוב קוונטי אלא על ייצור מערכות אופטיות מתקדמות, המייצגות פריצת דרך טכנולוגית חשובה עם מגוון רחב של יישומים.
