Разработаны принципы интеграции многокубитовой квантовой памяти в схему квантового компьютера, работающего в волноводном резонаторе. А именно, найдены условия загрузки квантовой памяти из внешнего источника, способы управления скоростью её срабатывания при наличии квантовых процессоров и определены оптимальные собственные моды квантового компьютера, обеспечивающие эффективный обратимый перенос квантовой информации из памяти в квантовые процессоры.

Лаборатория квантовой оптики и информатики КФТИ КазНЦ РАН.
Руководитель: Моисеев С.А.
Исполнители: Моисеев С.А. (КФТИ КазНЦ РАН), Андрианов С.Н. (Институт информатики АН РТ).

Разработка универсального квантового компьютера в архитектуре фон Неймана не может быть реализована без использования долгоживущей многокубитовой квантовой памяти (Blencowe M.: Nature 468, 44(1-5) (2010); DiVincenzo D.P.: Science 334, no. 6052, 50-51 (2011); Mariantoni M., et al.: Science 334, 61-65 (2011)). Квантовая память должна обеспечивать эффективность, близкую к 100% при её работе с квантовыми процессорами. Для решения данной проблемы предлагается квантовая память на атомах в квантово-электродинамическом одномодовом резонаторе [1]. При этом используются резонансные атомы с контролируемым неоднородным уширением линии, которые располагаются вместе с квантовыми процессорами в общем резонаторе. На основе единого рассмотрения квантовой динамики процессоров и квантовой памяти, найдены условия, при которых возможен высокоэффективный перенос квантовой информации из внешней цепи в ячейку квантовой памяти. Установлено, что в общем случае увеличение числа квантовых процессоров уменьшает спектральный диапазон работы квантовой памяти, тем самым уменьшая скорость её работы. В свою очередь, имея заданное число квантовых процессоров, можно увеличить скорость работы квантовой памяти, управляя подходящим образом спектральными параметрами квантовых процессоров. Обнаружено, что, подбирая спектральные параметры квантовой памяти и квантовых процессоров, можно обеспечить высокоэффективный обратимый перенос кубитов, который реализуется путём возбуждения собственной временной моды, оптимальной для данной системы. Выявленные закономерности высокоэффективной интеграции квантовой памяти в цепь квантового компьютера открывают пути реализации квантовых вычислений с большим числом кубитов.

Публикации:

1. Moiseev S.A., Andrianov S.N.: Photon echo quantum random access memory integration in quantum computer. J. Phys. B: Atomic, Molecular & Optical Phys. 45, no. 12, 124017(1-9) (2012)