Три фотона вместо двух: ученые улучшили тест для квантовых компьютеров
Физики из Университета Твенте (Нидерланды) разработали новый метод проверки идентичности фотонов, который позволяет использовать три частицы вместо двух. Это нововведение обеспечивает более полное извлечение информации из каждого измерения и сокращает количество необходимых повторений на 20% по сравнению с традиционными методами. Результаты их работы были опубликованы в журнале Physical Review Letters. Эту информацию сообщает издание iXBT.com.
Для фотонных квантовых технологий критически важно, чтобы фотоны были максимально идентичны. Однако на практике это достигается не всегда, и перед вычислениями требуется проверить степень их совпадения. С 1987 года для этой цели применяется эксперимент Хонга — У — Мандела, где два фотона направляются на светоделитель. Если они неразличимы, то покидают устройство вместе благодаря квантовой интерференции.
Сложность старого метода становится очевидной при увеличении числа фотонов. Например, для десяти фотонов необходимо проверить 45 пар, что требует тысяч повторений, так как каждый эксперимент дает лишь один результат, и для определения статистики нужно накопить много измерений.
Исследователи из Твенте добавили второй светоделитель, что позволило одновременно подключать три фотона. Это новшество позволяет извлекать информацию о нескольких парах одновременно, что использует квантовую интерференцию и снижает количество повторений на 20%.
Для проверки эффективности нового метода физики применили матрицу Фишера, которая показывает, сколько информации содержит измерение о неизвестном параметре. Расчеты подтвердили, что предложенная конфигурация оптимальна, и извлечение большего объема информации невозможно.
Преимущество метода сохраняется даже при потере фотонов. Для фотонных систем это критично, поскольку вероятность потери увеличивается с количеством фотонов. Однако новая схема позволяет сохранить измерение, даже если один из трех фотонов потерян, так как оставшиеся два обеспечивают стандартный двухфотонный тест.
Эксперимент подтвердил, что новый метод превосходит идеальный двухфотонный тест, который не имеет шумов и потерь. Более того, авторы утверждают, что преимущества сохраняются при любой ненулевой эффективности передачи фотонов, что делает метод пригодным для реальных систем. В будущем его можно будет адаптировать для работы с четырьмя или пятью фотонами, хотя пока что не доказано, что он останется оптимальным для такого количества частиц.
На данный момент метод предназначен для лабораторий квантовой оптики, где необходимо регулярно проверять качество источников фотонов. В дальнейшем его можно использовать для калибровки или как диагностический модуль в масштабных фотонных квантовых компьютерах, где число одновременно используемых фотонов может достигать сотен.
