Учените от Raytheon BBN Technologies са разработили нов начин за откриване на единичен фотон или частица светлина - разработка с голямо приложение за сензори, комуникации и експоненциално по-мощни квантови компютърни процесори.

Екипът публикува своята работа, която се фокусира върху използването на компонент, наречен съединение на Джоузефсън (Josephson junction), в академичното списание Science. Откритието се основава на предишното изследване на същия екип на микровълнов детектор за лъчение 100 000 пъти по-чувствително от съществуващите системи.

"Съединението на Джоузефсън в квантовите изчисления е аналогично на транзистора за съвременната електроника, така че те са изключително важни", каза Кин Чунг Фонг, учен за квантова обработка на информация в Raytheon BBN Technologies и изследовател в Харвардския университет. "Нашето ново устройство позволява на тази основна единица в квантовите изчисления да комуникира само с един фотон. Това ще подобри скоростта в комуникацията и може да направи квантовите мрежи и сензори възможни."

Изследователи и лаборатории по целия свят започнаха да изграждат по-големи квантови компютри, опитвайки се да отключат обещанието за по-бърза обработка.

"На теория квантовите компютри могат да поемат от мястото, където традиционните компютри биха изчерпали процесорната си мощ“, каза Брад Тусли, президент на Raytheon BBN Technologies. "Квантовите компютри са особено добри в решаването на критични оптимизационни проблеми. Един пример би бил компютърно подпомаган проект на голяма система като самолет. Квантовите изчисления позволяват по-категоричен анализ на неща като формата на крилото от всякога. Оптимизацията на основната ежедневна обработка е първият проблем, с който бихме искали да се справим с квантовите изчисления."

Техническото ограничение е фоновият шум, който кара кубитите да губят памет, създавайки грешки в обработката. Докато други изследователи виждат шума като проблем, Фонг и екипът му виждат възможност.

Техният метод работи малко като магистрала, където свръхпроводящите заряди играят ролята на автомобили. По принцип те могат да се движат много бързо, без да се блъскат един в друг. Фоновият шум е като счупена кола в централната лента - тя нарушава потока от движение.

"Прекъсването може да унищожи данните в приложенията за квантови изчисления", казва Фонг. "Въпреки това, можем да използваме същото явление, за да открием един фотон, позволявайки на трафика да продължи да се ускорява."

Откритието е част от изследванията в Raytheon BBN Technologies, дъщерно дружество на Raytheon Intelligence & Space. Raytheon BBN предоставя изследователска и развойна дейност в областта на модерните технологии в продължение на повече от 70 години, често служейки като решаваща връзка между военните и изследователите в университетите. Като пример, това беше един от първите възли в ARPANET, предшественик на интернет, финансиран от Агенцията за модерни изследователски проекти в областта на отбраната или DARPA.

"Това откритие ще отвори вратата за квантови процесори, които да бъдат свързани както никога досега", каза Тусли. "Следващата стъпка е характеризиране на производителността и мащабиране до повече от едно устройство паралелно или свързване на множество устройства.“

Екипът на Raytheon BBN вярва, че притежава експертен опит в системното инженерство, за да използва тези фундаментални изследвания в по-практически приложения.

Evan D. Walsh et al. - Josephson junction infrared single-photon detector, Science 2021. DOI: 10.1126/science.abf5539