Microsoft i Photonic torują drogę dla sieci i obliczeń kwantowych

Photonic wykonał teleportowaną bramkę CNOT między fizycznie oddzielonymi krzemowymi kubitami spinowymi, spełniając w ten sposób pierwszy wymóg komunikacji kwantowej na duże odległości..

W listopadzie 2023 r. firmy Microsoft i Photonic zainicjowały współpracę mającą na celu rozwój sieci kwantowych i obliczeń. Dzisiaj, Photonic ogłosił możliwość skutecznego przesyłania informacji kwantowych między dwoma fizycznie oddzielonymi kubitami w połączeniu punkt-punkt przy użyciu fotonów o długości fali telekomunikacyjnej. W ciągu zaledwie sześciu miesięcy Photonic był w stanie osiągnąć ten znaczący naukowy kamień milowy na drodze do kwantowego Internetu, realizując w ten sposób pierwszy z naszych trzech wspólnych celów i wprowadzając teorię w praktykę. W szczególności osiągnięcie to pokazuje, że istniejące sieci telekomunikacyjne mają potencjał, aby umożliwić komunikację kwantową na duże odległości – podstawę kwantowego Internetu i rozproszonych obliczeń kwantowych.

„Ten kamień milowy rozszerza granice obliczeń kwantowych poza izolowane systemy. Skuteczne wykonywanie algorytmów kwantowych na dużą skalę na wielu komputerach kwantowych zależy w dużej mierze od ogromnych ilości rozproszonego splątania. Nasza współpraca z Microsoftem i ostatnie demonstracje podkreślają obietnicę naszej unikalnej strategii architektonicznej w radzeniu sobie z wyzwaniem skalowania poza pojedyncze węzły. Pomimo znacznej pracy, która pozostała do wykonania, uznanie krytycznej roli dystrybucji splątania w rozwoju skalowalnych technologii kwantowych jest niezbędne”.

-Dr Stephanie Simmons, założycielka i dyrektor ds. kwantowych w Photonic oraz współprzewodnicząca kanadyjskiej rady doradczej ds. strategii kwantowej.

Azure Quantum

Przyspiesz tempo rozwoju nauki

Architektura spin-foton firmy Photonic

Obliczenia kwantowe wykorzystują kubity lub bity kwantowe do przechowywania i przetwarzania informacji. Istnieje wiele rodzajów kubitów, z których jednym jest krzemowy kubit spinowy. Architektura Photonic łączy w sobie możliwości przechowywania i przetwarzania informacji przez krzemowe kubity spinowe z możliwościami transmisji informacji przez fotony w interfejsie spin-foton, który może być wykorzystywany do tworzenia sieci kwantowych i obliczeń kwantowych. Ta nowatorska architektura wspiera komunikację kwantową, działając natywnie w paśmie O długości fal telekomunikacyjnych, co daje jej potencjał do globalnego skalowania przy użyciu istniejących światłowodów telekomunikacyjnych.

Kwantowe bramki logiczne

Zarówno klasyczne, jak i kwantowe komputery wykonują operacje za pomocą bramek logicznych, które przekształcają dane wejściowe w wyjściowe. Jednym z typów kwantowych bramek logicznych jest kontrolowana bramka NOT (CNOT), która działa na dwóch kubitach – kontrolnym i docelowym. Jeśli stan kubitu kontrolnego wynosi 0, wówczas stan kubitu docelowego pozostaje niezmieniony. Jednakże, gdy stan kubitu kontrolnego wynosi 1, stan kubitu docelowego jest odwracany, tak że 0 staje się 1 lub 1 staje się 0. Aby wykonać obliczenia kwantowe w dużym systemie, bramki logiczne, takie jak CNOT, muszą być zaimplementowane wewnątrz i pomiędzy modułami. Jako warunek wstępny dla skalowalnych obliczeń kwantowych na duże odległości, rozkład splątania do fizycznie oddzielonych systemów kwantowych – znane jako rozproszone splątanie – musi zostać osiągnięte.

Rozproszone splątanie kwantowe

Dzięki współpracy z firmą Microsoft, Photonic osiągnął rozproszone splątanie między krzemowymi kubitami spinowymi umieszczonymi w oddzielnych kriostatach, połączonych 40-metrowym kablem światłowodowym. W sekwencji trzech demonstracji, z których każda opierała się na sukcesie poprzedniej, zespół Photonic:

1. zweryfikował, że fotony przesyłające informacje kwantowe przez światłowód były od siebie nieodróżnialne.
2. Udało się splątać kubity z tymi fotonami.
3. Wykonano zdalną sekwencję kwantowej bramki logicznej – dla teleportowanej bramki CNOT – pomiędzy fizycznie oddzielonymi kubitami.

Osiągnięcie to pokazuje możliwość obsługi komputera kwantowego w warunkach przemysłowych poprzez wykorzystanie teleportacji do wykonywania bramek logicznych między kubitami w różnych lokalizacjach. Splątanie między kubitami, które nie są fizycznie połączone, a nawet znajdują się w tym samym kriostacie, toruje drogę do komunikacji na duże odległości między komputerami kwantowymi i jest jednym ze sposobów osiągnięcia skalowalnych obliczeń kwantowych. Potencjalne zastosowania tej technologii obejmują bezpieczną dystrybucję kluczy do szyfrowanej komunikacji danych i umożliwienie niezawodnych sieci kwantowych na duże odległości. Ta animacja pokazuje, w jaki sposób zespół Photonic osiągnął rozproszone splątanie kwantowe:

Osiągnięcie Photonic

Rozproszone splątanie kwantowe

Sieci kwantowe nie mają na celu zastąpienia klasycznych sieci – raczej rozszerzą ich możliwości, tak aby informacje kwantowe mogły być przesyłane między kwantowymi lub klasycznymi punktami końcowymi. Teraz, gdy weszliśmy w etap 1 sieci kwantowej, zdefiniowany jako osiągnięcie splątania między dwoma oddzielnymi urządzeniami kwantowymi w połączeniu punkt-punkt, następnym krokiem jest poprawa jakości dystrybucji splątania. Następnie będziemy pracować nad splątaniem dodatkowych urządzeń kwantowych, których osiągnięcie będzie oznaczać wejście do etapu 2. Ostatecznie dążymy do osiągnięcia etapu 3, w którym komunikacja kwantowa na duże odległości umożliwi stworzenie kwantowego Internetu.

Integracja architektury Photonic z Microsoft Azure

Microsoft i Photonic będą kontynuować współpracę i pracować nad integracją możliwości sieci kwantowych w codziennych środowiskach operacyjnych poprzez globalną infrastrukturę Microsoft Azure. Microsoft Azure chmurze. Oprócz zastosowań w sieciach kwantowych, architektura Photonic ma również zastosowanie w rozproszonych obliczeniach kwantowych. Zamierzamy zapewnić klientom Azure Quantum Elements możliwość dostępu do sprzętu Photonic, gdy będzie on dostępny, uwalniając potencjał do rozwiązywania złożonych problemów naukowych.

Współpracując ze sobą, Microsoft i Photonic przybliżają swoją wspólną wizję – tworzenie i skalowanie systemów, które mogą pomóc w rozwiązywaniu problemów dotyczących całej ludzkości. W Microsoft włączamy technologie kwantowe, w miarę ich pojawiania się, do naszych istniejących wysokowydajnych komputerów w chmurze, aby tworzyć systemy hybrydowe, które – wraz z mocą sztucznej inteligencji – mogą pomóc naukowcom w tworzeniu bardziej zrównoważonych produktów, odkrywaniu nowych środków terapeutycznych i nie tylko.

Postępy w dziedzinie sztucznej inteligencji i obliczeń kwantowych mogą pomóc naukowcom w rozwiązywaniu globalnych wyzwań naukowych. Aby przyspieszyć bezpieczne korzystanie z tych technologii, zapewnimy, że będą one opracowywane i wdrażane w sposób odpowiedzialny. Będziemy nadal przyjmować przemyślane zabezpieczenia, opierając się na naszych zobowiązania do odpowiedzialnej sztucznej inteligencji i przyjęcie odpowiedzialnych praktyk obliczeniowych w miarę rozwoju tych możliwości.

Dowiedz się więcej o osiągnięciach Photonic i o tym, jak Microsoft zamierza je wykorzystać