Исследователи из университета Аальто (Aalto University) продемонстрировали возможность использования микроволновых сигналов для кодирования информации и использования их в технологиях квантовых вычислений. Для этого они использовали микроволновый резонатор, основанный на чрезвычайно чувствительных измерительных устройствах, известных под названием SQUID (superconductive quantum interference device), охлажденных до температуры, близкой к температуре абсолютного нуля. При такой температуре прекращается тепловое движение любого вида, что соответствует состоянию абсолютной темноты, состоянию, когда в квантовой системе полностью отсутствуют как фотоны света, так и фотоны излучения любого диапазона электромагнитного спектра, включая и микроволновый.

Однако в состоянии абсолютной темноты, называемом еще состоянием квантового вакуума, все же существуют некоторые колебания, порождающие и тут же поглощающие фотоны, существующие лишь в течение очень короткого промежутка времени. И исследователям удалось добиться преобразования этих колебаний в реальные фотоны микроволнового излучения с различными частотами. Это служит демонстрацией того, что абсолютная темнота с квантовой точки зрения — это нечто большее, нежели чем просто отсутствие света.

Дальнейшие исследования показали, что получающиеся фотоны микроволнового излучения являются запутанными на квантовом уровне. «При помощи нашей экспериментальной установки нам удалось получить сложную корреляцию микроволновых сигналов, которой можно управлять и которую можно использовать в своих целях» — рассказывает доктор Паси Лэхтинмэки (Dr Pasi Lahteenmaki) из Лаборатории низких температур университета Аальто, — «Полученные нами результаты указывают на то, что мы можем использовать эти фотоны с разной частотой в технологиях квантовых вычислений. Они могут играть роль, подобную роли отдельных регистров классических компьютеров, регистров, способных выполнять логические и арифметические операции с заключенными в них данными».

В настоящее время учеными из разных стран ведутся интенсивные исследования, связанные с квантовыми вычислениями и разработкой архитектуры квантовых вычислительных систем, но практически все, что было создано за последние годы, основано на использовании фотонов света и принципах оптики. Использование же микроволновых сигналов разных частот является альтернативным методом реализации квантовых вычислений, при помощи которого можно достаточно просто создавать логические элементы и цепочки из них, которые выполняют обработку данных квантовых измерений. Кроме того, использование запутанных микроволновых фотонов позволяет избежать необходимости создания физических квантовых битов, кубитов, что снимает целый ряд ограничений и существенно упрощает структуру квантовых вычислительных систем.

И в заключении следует указать, что в данных экспериментах использовалась установка OtaNANO, основой которой являются ниобиевые сверхпроводящие технологии, разработанные учеными из Технического научно-исследовательского центра VTT, Финляндия, а собственно работа проводилась под патронатом Центра квантовых разработок (Centre of Quantum Engineering) университета Аальто.