Квантовые компьютеры могут значительно превзойти существующие системы, потому что они работают принципиально по-другому. Вместо обработки дискретных единиц и нулей квантовая информация, хранящаяся в электронных спинах или передаваемая лазерными фотонами, может одновременно находиться в суперпозиции нескольких состояний. Более того, состояния двух или более объектов могут быть запутанными, так что состояние одного не может быть полностью описано без этого другого. Обработка запутанных состояний позволяет квантовым компьютерам одновременно оценивать множество возможностей, а также передавать информацию с места на место, невосприимчивое к подслушиванию.
Однако эти запутанные состояния могут быть очень хрупкими, продолжаться всего микросекунды до потери когерентности. Чтобы реализовать цель квантового Интернета, по которому когерентные световые сигналы могут передавать квантовую информацию, эти сигналы должны иметь возможность взаимодействовать со спинами электронов внутри удаленных компьютеров.
Исследователи из Университета Осаки использовали лазерный свет для отправки квантовой информации в квантовую точку, изменяя спиновое состояние одиночного электрона, захваченного там. Хотя электроны не вращаются в обычном смысле, у них есть угловой момент, который можно перевернуть при поглощении лазерного света с круговой поляризацией.
«Важно отметить, что это действие позволило нам прочитать состояние электрона после воздействия лазерного света, чтобы подтвердить, что он находился в правильном спиновом состоянии», – говорит первый автор Такафуми Фудзита. «В нашем методе считывания использовался принцип исключения Паули, который запрещает двум электронам занимать одно и то же состояние.
На крошечной квантовой точке электрону достаточно места только для прохождения так называемой спиновой блокады Паули, если он имеет правильный спин."
Квантовая передача информации уже использовалась в криптографических целях. «Передача состояний суперпозиции или запутанных состояний обеспечивает полностью безопасное квантовое распределение ключей», – говорит старший автор Акира Оива. "Это связано с тем, что любая попытка перехвата сигнала автоматически разрушает суперпозицию, делая невозможным прослушивание без обнаружения."
Быстрая оптическая манипуляция отдельными спинами – многообещающий метод создания квантовой наноразмерной вычислительной платформы общего назначения. Замечательная возможность заключается в том, что компьютеры будущего смогут использовать этот метод для многих других приложений, включая оптимизацию и химическое моделирование.