Квантовый процессор, работающий с фотонами, разработанный в Университете Твенте, становится все более мощным «набором инструментов» для проведения экспериментов. Последняя версия не только имеет больше входов и выходов, но и может питаться от источника фотонов, способного производить идентичные фотоны. Теперь возможны физические эксперименты, иногда противоречащие здравому смыслу. Может ли система, например, демонстрировать квантовомеханическое и термодинамическое поведение одновременно?
Если вы хотите выполнять квантовые вычисления с использованием света, все начинается с источника. Фотоны, которые вы хотели бы использовать, должны быть как можно более идентичными. Если они не идентичны, то изучение типичных квантовых свойств, таких как запутанность и суперпозиция, будет невозможно. Если, например, один фотон немного отличается от другого по цвету, существует риск того, что квантовые свойства не проявятся, и вычисления будут невозможны. В своей диссертации Рейньер Ван дер Меер представляет трехфотонный источник на основе титанилфосфата (KTP), который в текущей версии может быть модернизирован до 11 фотонов, которые очень идентичны.
Следующим шагом, на котором экспериментировал Ван дер Меер, является система с 12 входами и 12 выходами. Между ними расположена система светопроводящих каналов из нитрида кремния, известного своими чрезвычайно низкими потерями. Первый процессор такого типа имел 8 входов и 8 выходов, и по стечению обстоятельств фотонную схему можно было использовать для квантовых экспериментов.
Фотоны движутся по каналам с множеством разделителей каналов. Эти «переключатели» могут управляться извне с помощью локального нагрева. Поступая так, фотон может быть отправлен из одной моды в другую, а также где-то посередине, следуя типичному квантовому явлению суперпозиции. Преимущество этого процессора в том, что он работает при комнатной температуре, как и фотоны. Преимущество состоит в том, что фотонные «квантовые биты» более надежны и менее шумны, чем сверхпроводящие кубиты. Измерения на 12 выходах показывают, что произошло во всех каналах на этом пути.
Благодаря лучшему источнику фотонов и более мощному процессору Ван дер Меер смог провести несколько экспериментов. Один из них связан с сохранением информации.
Квантовая механика — это теория, которая остается неизменной с точки зрения информации: со временем две системы не будут выглядеть более похожими. Однако термодинамика — это теория, теряющая информацию: со временем две системы будут выглядеть все более и более похожими. Вы скажете, что квантовая механика и термодинамика не могут быть верны одновременно. Тем не менее, система, демонстрирующая квантовомеханическое поведение в целом, может иметь термодинамические подсистемы. Таким образом, должен быть способ утечки информации в более крупную систему.
