Twee onderzoekers in Taiwan zeggen een computer ontwikkeld te hebben die op slechts één foton (lichtdeeltje) is gebaseerd.  Het zou niet alleen de kleinste kwantumcomputer tot nu toe zijn, maar, anders dan veel andere (ideeën voor) kwantumcomputers, werken bij kamertemperatuur. Het kwantumding zou complexe wiskundige taken aan kunnen, zoals het ontbinden van een getal in priemgetallen. Dit zou mogelijk zijn doordat dat foton 32 dimensies heeft in de vorm van optische modi die gegevens kunnen verwerken en opslaan.
Fotonen zijn lange tijd nuttige hulpmiddelen geweest in de kwantumfysica. Die kunnen gemakkelijk worden gegenereerd, verstrengeld en overgedragen met behulp van glasvezel of laserstralen. Als het echter gaat om computergebruik met kwantumbits, hebben tot nu toe andere deeltjes zoals elektronen,ionen of atomen de voorkeur gekregen.
Het nadeel van die alternatieve kwantumdeeltjes is dat ze fiks moeten worden afgekoeld om te kunnen worden egbruikt in een kwantumcomputer. Ze zijn ook zeer gevoelig voor externe verstoringen. Bij fotonen is dat anders: zelfs als ze verstrengeld zijn, zijn de lichtdeeltjes relatief goed bestand tegen interferentie. Lichtdeeltjes kunnen ook over grote afstanden worden overgedragen.

Het lijkt er op dat de twee onderzoekers nu een éénfotonkwantumcomputer hebben ontwikkeld (die ook echt iets kan waar mensen wat aan hebben). Het kwantumding past in een schoenendoos. “Ons werk toont de enorme verwerkingscapaciteit van zo’n hoogdimensionaal kwantumsysteem, zelfs voor complexe kwantumtaken”, stellen Hao-Cheng Weng en Chih-Sung Chuu van de Tsinghua-Universiteit in Taiwan.

De kern van hun optische één-foton-kwantumcomputer is een lichtdeeltje dat de natuurkundigen met behulp van verschillende golfgeleiders en glasvezelringen in verschillende tijdsafhankelijke toestanden kunnen brengen. Net als bij de polarisatierichting of -fase vertegenwoordigen deze tijdelijke toestanden extra dimensies waarin gegevens kunnen worden gecodeerd en opgeslagen. In plaats van meerdere fotonen te gebruiken, elk met twee toestanden, gaven de natuurkundigen hun foton 32 verschillende ‘dimensies’. Hierdoor kan het meer informatie coderen.

32 toestanden

Het resultaat is een foton dat 32 toestanden heeft en dus 32 mogelijkheden om mee te manipuleren. Dat zou een record zijn. Dat enkele foton zou niet alleen informatie kunnen vervoeren maar ook, anders zou het geen rekentuig worden, ook bewerkingen uitvoeren.
Zo bleek het kwantumding in staat het getal 15 te ontleden in de priemgetallen (3 en 5). Daarbij zou een Shoralgoritme voor zijn gebruikt, dat bedoeld is om getallen te ‘ontleden’ in zijn priemgetallen (alleen deelbaar daar 1 en zichzelf). Priemgetallen worden onder meer gebruikt bij de digitale beveiliging. Overigens zou vrijwel elke middelbare scholier ook deze klus bij 15 hebben geklaard (schat ik=as zo).

Volgens het tweetal opent hun technologie nieuwe mogelijkheden voor optische kwantumcomputers. Anders dan sommige eerdere benaderingen waarbij laserpulsen werden gebruikt die uit veel fotonen bestonden, is een multidimensionaal foton gemakkelijker te besturen.

Bron: scinnex.de