Способ обработки квантовой информации



Способ обработки квантовой информации
Способ обработки квантовой информации

 


Владельцы патента RU 2483357:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет" (RU)

Заявлен способ обработки квантовой информации. В способе выбирают параметры рабочей среды и вид допирующего редкоземельного элемента. Фотоны в среде приобретают относительный нелинейный сдвиг фазы. Величиной сдвига управляют изменением настроек двух дополнительных полей оптической накачки. За счет нелинейного набега фаз импульсов в данной среде происходит реализация заданных квантовых логических операций. Техническим результатом является получение эффективного способа обработки информации оптическим методом. 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области оптических квантовых вычислений, а именно к способам обработки квантовой информации, и может быть использовано для обработки квантовой информации.

Известен способ реализации квантовых логических операций с использованием поляризационных состояний одиночных фотонов [заявка 2005128554/09, 17.02.2004 на выдачу патента на изобретение «Способ и программируемое устройство для квантовых вычислений», http://wwwl.fips.ru/fips_servl/fips_servlet]. Способ основан на использовании двух поляризационных светоделителей, на первом из которых происходит смешивание первого однофотонного импульса с холостой модой с последующей подачей одной из полученных поляризационных мод на второй светоделитель. Такая логическая операция может быть использована для осуществления квантовых вычислений. Известен также способ квантовых вычислений [«Techniques for performing logic operations using quantum states of single photons», патент США 6741374, The Johns Hopkins University http://www.freepatentsonline.com/6741374.html], при котором имеется программа для нахождения функций, описывающих процедуры вычисления значения. Выполняют континуализацию закодированной программы и выражают ее в виде дифференциального оператора. Далее реализуют дифференциальный оператор в физической среде и из нее извлекают решение для континуализированной закодированной программы.

Недостатки данных способов состоят в том, что они относятся, в основном, к проектированию отдельных логических элементов и не объединяют отдельные блоки обработки квантовой информации для реализации распределенной обработки информации и создания квантового процессора.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ квантовых вычислений с использованием нелинейных эффектов. Взаимодействие пары фотонов с многочисленными парами атомов среды дает сильный нелинейный сдвиг фазы [«Optical method for quantum computing», патент США 6678450, The Johns Hopkins University, http:/www.freepatentsonline.com/6678450.html]. Этим сдвигом можно управлять, изменяя параметры взаимодействия, используя многочисленные лазерные импульсы и буферный газ. При определенном фазовом сдвиге осуществляются условия, при которых происходит изменение поляризации фотонов, соответствующее квантовой операции XOR.

Недостаток данного способа заключается в использовании газовых сред для достижения фазовых сдвигов, что не позволяет использовать указанные среды для серийного производства.

Задача, решаемая изобретением - обеспечение возможности эффективной обработки квантовой информации за счет применения оптических материалов, допированных атомами редкоземельных элементов, которые эффективно могут быть использованы при серийном производстве элементной базы квантовых вычислений.

Предлагаемая задача решается тем, что в способе обработки квантовой информации, включающем взаимодействие атомной среды с оптическими однофотонными пробными импульсами света, которые получают относительный нелинейный сдвиг фазы ϕi, величиной сдвига управляют путем изменения настроек двух дополнительных полей оптической накачки при использовании М-схемы атомно-оптического взаимодействия в допированной атомами редкоземельных элементов оптической среде и определяют по формуле

где i соответствует различным комбинациям правой и левой циркулярных поляризаций пробных фотонов а и b на входе среды и принимает значения i=1 для , i=2 для , i=3 для , i=4 для ; показатели преломления среды имеют вид , , , , , , ; L - длина среды, n0=1.45 - коэффициент преломления оптического кристалла, по которому распространяются фотоны,

- эффективная добавка к показателю преломления среды за счет наличия резонансных атомов, - то же самое, но в случае, когда поляризация одного из пробных импульсов не соответствует правилу отбора на соответствующем атомном переходе и М-схема редуцирует к Λ-схеме, χp1(p2) - восприимчивости ансамбля допированных атомов, gp1(p2) - частоты Раби пробных импульсов, N - концентрация атомов.

Технически задача реализуется тем, что в оптическую рабочую среду, допированную атомами редкоземельных элементов, подаются два однофотонных пробных импульса света с произвольными циркулярными поляризациями . В допированной среде реализуется М-схема атомно-оптического взаимодействия (см. Фиг.1) с участием двух дополнительных полей оптической накачки определенных поляризаций и и с малыми частотами отстройки δ1(2). При прохождении сквозь дотированную среду пробных фотонов, ими приобретается различный относительный набег фазы ϕi, определяемый комбинацией поляризаций пробных фотонов на входе - в формуле (1). В качестве рабочего используется перепутанное состояние пробных фотонов а и b на входе среды в форме:

где - комплексные амплитуды, определяющие вероятности соответствующих базисных состояний, , - начальные фазы.

Измерения разности фаз пробных фотонов осуществляются с помощью поляризационных фотодетекторов. При выборе параметров системы, изменения частотных отстроек δ1(2) позволяют менять фазовые набеги ϕi для возможности реализации различных квантовых логических операций, выполняемых над состоянием (2).

Пример реализации способа

В качестве рабочей среды использовали кристалл, допированный атомами 59Pr, схема рабочих уровней которого представлена на Фиг.1, и со следующими параметрами взаимодействия: длина среды L=1 мм; параметры допированных атомов: γopt=43.5кГц, γmag=4 кГц, γs - 0.25 кГц. Длительности пробных импульсов выбраны равными τp1,p2=258 пс, длительности импульсов накачек τс1,с2=939.1 пс, интенсивности пробных импульсов Ip1,р2=44.84 кВт/м2.

Например, была реализована логическая команда XOR в два этапа. На начальном этапе осуществлено фазовое кодирование перепутанного состояния для достижения необходимых параметров при выборе начальной фазы перепутанного состояния , равной нулю - Фиг.2, и осуществлении фазового сдвига . На втором этапе, при изменении частот отстроек полей накачки δ1(2) и достижении фазовых набегов , реализована квантовая логическая операция XOR в соответствии с таблицей истинности.

Эффект: по сравнению с прототипами, реализация данного способа обработки информации происходит не в газовой, а в твердой среде, что предпочтительно для серийного производства и долгосрочного использования образцов. Возможность внешнего оптического управления позволяет реализовать сразу несколько квантовых логических операций в одной допированной среде.

Таблица истинности для преобразования XOR
Состояние
0 0
π/2 π/2
π 3π/2
3π/2 π

Способ обработки квантовой информации, включающий взаимодействие атомной среды с оптическими однофотонными пробными импульсами света, которые получают относительный нелинейный сдвиг фазы ϕi, отличающийся тем, что его величиной управляют путем изменения настроек двух дополнительных полей оптической накачки при использовании М-схемы атомно-оптического взаимодействия в допированной атомами редкоземельных элементов оптической среде и определяют по формуле:
,
где i соответствует различным комбинациям правой |σ+> и левой |σ-> циркулярных поляризаций пробных фотонов а и b на входе среды и принимает значения i=1 для , i=2 для , i=3 для i=4 для показатели преломления среды имеют вид , , , , , , ; L - длина среды, n0=1,45 - коэффициент преломления оптического кристалла, - эффективная добавка к показателю преломления кристалла за счет наличия резонансных атомов, - то же самое, но в случае, когда поляризация одного из пробных импульсов не соответствует правилу отбора на соответствующем атомном переходе и М-схема редуцирует к Λ-схеме, χp1(p2) - восприимчивости ансамбля допированных атомов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области моделирования и может быть использовано при проектировании радиоэлектронных и технических систем для оценки эксплуатационных показателей.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам нелинейного преобразования кода в частоту, и может быть использовано в вычислительных и управляющих комплексах в качестве нелинейного преобразователя кода в частоту, совмещающего функцию преобразования формы представления информации с ее математической переработкой по нелинейной зависимости.

Изобретение относится к способу, системе и устройству для показа и вызова моделей рабочих книг через удаленные вызовы функций. .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для линейного и нелинейного цифроаналогового преобразования знакопеременного кода в частоту с возможностью цифровой коррекции, а также в вычислительных устройствах для умножения частоты следования импульсных сигналов на параллельный двоичный код.

Изобретение относится к компьютерным системам, в частности к квантовым компьютерам и оптическим логическим элементам, и может быть использовано для полного определения состояния кубита. Техническим результатом является повышение точности измерений, сокращение времени измерения. Способ, основанный на считывании кубита в нескольких различных измерительных базисах, включающий воздействие на кубит электромагнитным излучением на переходах между уровнями кубита и некоторым вспомогательным уровнем. Для считывания кубита в требуемом измерительном базисе на кубит воздействуют бихроматическим излучением, спектральные компоненты которого резонансны переходам с уровней кубита на вспомогательный уровень, интенсивности и фазы спектральных компонент бихроматического излучения задают так, чтобы выделить требуемый для считывания кубита измерительный базис. Результат считывания определяют, регистрируя возбуждение кубита на вспомогательный уровень. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области моделирования различных динамических процессов, происходящих в природе и обществе. Техническим результатом является сокращение времени моделирования при заданном объеме вычислительных ресурсов либо сокращение вычислительных ресурсов при заданном времени моделирования, а также повышение точности и достоверности моделирования. Система содержит центр управления системой, соединенный через шину опроса с каждым автоматом; при этом автомат содержит коммуникационный блок, блоки: обработки входящих инструкций на текущем временном шаге, общих параметров автомата, общих параметров событий, очереди заявок, генератор событий, блок определения величины текущего временного шага, обработчик событий, блок формирования выходящих инструкций на текущем временном шаге, элементы логического выбора. 5 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для решения задач оптимизации. Техническим результатом является повышение быстродействия. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, регистры, элементы И, элементы ИЛИ, схемы сравнения, блоки умножения, счетчики, сумматоры, триггер, элемент задержки. 1 ил.

Изобретение относится к области оценки компьютерных ресурсов компьютерной сети по объектам интереса с учетом требований к компьютерным системам, на которых располагаются компьютерные ресурсы, и требований к объектам интереса как к содержимому компьютерных ресурсов. Технический результат настоящего изобретения заключается в обеспечении возможности определения компьютерных ресурсов в рамках компьютерной сети, подходящих для целей, заданных выбранными требованиями. Способ определения компьютерных ресурсов в компьютерной сети содержит этапы, на которых: а) формируют с помощью средства инвентаризации компьютерной сети список компьютерных ресурсов, находящихся на компьютерных системах, удовлетворяющих требованиям к компьютерным системам; где компьютерная сеть состоит, по меньшей мере, из двух компьютерных систем; где требования к компьютерным системам хранятся в базе данных требований к компьютерным системам средства хранения требований; б) собирают с помощью средства инвентаризации компьютерной сети информацию обо всех объектах интереса, имеющихся на компьютерных ресурсах из упомянутого списка компьютерных ресурсов; где компьютерный ресурс содержит в себе, по меньшей мере, один объект интереса; где объектами интереса являются файлы и программное обеспечение; в) анализируют с помощью средства анализа данных собранную информацию для определения объектов интереса, удовлетворяющих требованиям к объектам интереса; где требования к объектам интереса хранятся в базе данных требований к объектам интереса средства хранения требований; г) оценивают с помощью средства оценки компьютерных ресурсов каждый компьютерный ресурс из списка компьютерных ресурсов по количеству объектов интереса, удовлетворяющих требованиям к объектам интереса; д) определяют с помощью средства оценки компьютерных ресурсов, по меньшей мере один компьютерный ресурс, имеющий наивысшую оценку среди всех компьютерных ресурсов в рамках компьютерной сети, по результатам оценки, выполненным на этапе г). 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх