Колаборація науковців з Італії, Німеччини та Франції працює над створенням квантового комп'ютера, що використовуватиме скляні фотонні чипи.

Попри те, що квантові комп'ютери обіцяють стати значно потужнішими за традиційні, на шляху до реалізації таких практичних та ефективних пристроїв виникає чимало проблем. Ініціатива, що реалізується Міланським політехнічним інститутом, об'єднує команду науковців з провідних дослідницьких центрів та малих та середніх підприємств Франції, Італії та Німеччини, які прагнуть покращити квантові характеристики, використовуючи властивості скла.

Дослідники використовують скляні чипи, розроблені компанією Ephos, у створенні фотонного квантового комп'ютера. Ці чипи обробляють та передають інформацію за допомогою світла. Вони підтримують до 200 реконфігурованих оптичних режимів, завдяки чому стає можливим динамічно регулювати переміщення світла у чипі.

«Необхідно використовувати матеріали, що пропускають світло. Це складне завдання, оскільки необхідно обмежити світло, але при цьому уникнути його поглинання. Якщо світло поглинається, воно не може поширюватися», - пояснює Джулія Акконча з Міланського політехнічного університету.

Науковці хочуть генерувати окремі фотони і спрямовувати їх крізь скляні схеми, що в перспективі може дозволити вирішити такі нагальні проблеми, як створення більш ефективних акумуляторів, нових ліків і розкриття таємниць Всесвіту. Багатообіцяючою є технологія лазерного друку на склі. У процесі роботи генеруються світлові частинки, які по оптоволокну потрапляють у цей чип. Все зроблено зі скла, тому ризик відхилення фотонів на шляху мінімальний.

Наразі німецька компанія Pixel Photonics займається вдосконаленням надчутливих детекторів для реєстрації кожного фотона. У той же час компанія Schott AG виробляє та поставляє високоякісні скляні підкладки.

Команда дослідників під керівництвом Джулії Аккончі розробляє високопродуктивну електроніку, що керуватиме системою. Разом з тим фахівці з експериментальної квантової оптики з римського університету Ла Сапієнца займаються генерацією одиночних фотонів.

Єдиний фонд Франції розробляє програмне забезпечення з відкритим кодом для квантових обчислень. Команди Національного центру наукових досліджень та Університету Монпельє моделюють передові рішення для зберігання енергії, які є важливою основою для майбутніх програм на основі квантових технологій.

Дослідники QLASS мають спільну мету: створити працюючий фотонний квантовий пристрій в Університеті Ла Сапієнца до 2026 року. Після завершення проєкту програмне забезпечення, розроблене в Університеті Монпельє та Єдиному фонді, дозволить протестувати цей пристрій.

Першим завданням нового квантового комп'ютера буде розробка більш досконалих літій-іонних акумуляторів. Використовуючи варіаційні квантові алгоритми - спеціальні інструкції, які допомагають квантовим машинам вирішувати завдання більш ефективно - квантові обчислення можуть моделювати хімію акумуляторів, прискорити пошук нових матеріалів та навіть покращити моніторинг стану.

Хоча вчені розуміють закони, що управляють атомами і сполуками, відстеження їх взаємодій у реальному часі неймовірно складне і виходить за межі можливостей сучасних кремнієвих комп'ютерів. Дослідники очікують, що квантові комп'ютери допоможуть прискорити розробку нових матеріалів для акумуляторів та ліків.

Результати дослідження опубліковані у журналі Horizon Magazine