Главная >> Полезная информация >> Эффективный оптический квантовый маршрутизатор

Эффективный оптический квантовый маршрутизатор

effektivnyj_opticheskij_kvantovyj_marshrutizatorВ течение нескольких десятилетий ученые осознавали значительные преимущества, позволяющие квантовым технологиям обработки информации превосходить свои классические аналоги. Недавние технологические разработки позволяют экспериментально проверить эти преимущества, а в некоторых случаях также реализовать в практических устройствах.

Операция маршрутизации

До сих пор большинство экспериментальных квантовых сетей ограничивались одноранговой связью между двумя сторонами. Практическая реализация квантовых сетей связи, однако, должна решить проблему масштабируемости, чтобы обслуживать большое количество пользователей. Подобно классическим компьютерным сетям, их квантовые аналоги потребовали бы протоколов маршрутизации для направления сигнала от его источника к месту назначения. Устройства, реализующие эти протоколы маршрутизации, называются квантовыми маршрутизаторамиь и недавно были предметом интенсивных исследований. Устройство позволяет последовательно кодировать кубиты с однофотонной поляризацией в две пространственные выходные моды в зависимости от состояния двух идентичных управляющих кубитов. Поляризационное состояние кубита маршрутизируемого фотона поддерживается во время операции маршрутизации.

Конструкция роутера

Квантовые маршрутизаторы были исследованы как теоретически, так и экспериментально для различных экспериментальных платформ. Однако не все эти реализации можно считать полностью квантовыми. В некоторых случаях информация о маршрутизации является классической, и поэтому маршрутизатор только полуквантовый в том смысле, что он классически маршрутизирует квантовое состояние. Другие реализации полагаются на нелинейное взаимодействие или объединяют различные неоптические физические платформы, что делает их непрактичными для реалистичных квантовых сетей из-за неэффективных и шумных интерфейсов. Существуют реализации, которые неизбежно нарушают состояние вставленного сигнала и, таким образом, даже не могут считаться квантовыми маршрутизаторами. В то время как межсистемное взаимодействие (например, взаимодействие легких атомов) ставит экспериментальные задачи, чисто оптические реализации сталкиваются с различными недостатками, такими как проблемы масштабируемости или низкие показатели успеха. Общий протокол объединения квантовых состояний отвечает всем требованиям для квантового маршрутизатора, но не был разработан как таковой и работает с довольно низкой вероятностью успеха.

Принцип работы устройства можно понять, проанализировав экспериментальную установку. Сигнальные и контрольные кубиты кодируются в поляризации одиночных фотонов. Логические состояния кубитов связаны с горизонтальной и вертикальной однофотонной поляризацией соответственно. Маршрутизатор основан на четырех делителях луча, образующих сложный, но очень стабильный интерферометр. Эта конкретная экспериментальная конструкция была выбрана из-за ее высокой интерферометрической стабильности.