Mae cyfrifiadura cwantwm yn dechnoleg arloesol bosibl a allai fod yn llawer uwch na chyfyngiadau technegol systemau cyfrifiadurol modern ar gyfer rhai tasgau. Fodd bynnag, mae llunio cyfrifiaduron cwantwm ymarferol ar raddfa fawr yn parhau i fod yn heriol, yn enwedig oherwydd y technegau cymhleth a manwl dan sylw.
Mewn rhai systemau cyfrifiadurol cwantwm, mae ïonau sengl (atomau wedi'u gwefru fel strontiwm) yn cael eu dal a'u hamlygu i feysydd electromagnetig gan gynnwys golau laser i gynhyrchu rhai effeithiau, a ddefnyddir i wneud cyfrifiadau. Mae cylchedau o'r fath yn gofyn am gyflwyno llawer o donfeddi golau gwahanol i wahanol leoliadau'r ddyfais, sy'n golygu bod yn rhaid trefnu nifer o drawstiau laser yn gywir a'u danfon i'r ardal ddynodedig. Yn yr achosion hyn, mae cyfyngiadau ymarferol cyflwyno llawer o wahanol belydrau golau o gwmpas mewn gofod cyfyngedig yn dod yn anhawster.
Er mwyn mynd i'r afael â hyn, ymchwiliodd ymchwilwyr o Brifysgol Osaka i ffyrdd unigryw o gyflwyno golau mewn gofod cyfyngedig. Datgelodd eu gwaith gylched nanoffotonig ynni-effeithlon gyda ffibrau optegol wedi'u cysylltu â thywysyddion tonnau i ddosbarthu chwe thrawst laser gwahanol i'w cyrchfannau. Mae'r canfyddiadau wedi'u cyhoeddi ynCwantwm APL.
"Nid yw dulliau ymarferol graddadwy o ffurfweddu cylchedau ffotonig sy'n gysylltiedig â chyfrifiaduron cwantwm ïon wedi'u dal i ganiatáu golau laser wedi'u datblygu eto," meddai'r awdur Alto Osada. “Er mwyn goresgyn yr her hon, roeddem am greu dull effeithlon sy’n cyfrif am yr holl barthau trapio mewn trap ïon.”
Fel rhan o'r ymchwil, bu'n rhaid hollti'r canllawiau tonnau a'u haildrefnu mewn ffyrdd creadigol y tu mewn i'r cylchedwaith i drosglwyddo'r gwahanol drawstiau laser i'r lleoliadau cywir. Roedd yn rhaid i'r dyluniadau hefyd ystyried y gallu i ddiffodd trawstiau laser ac ymlaen yn annibynnol, tra'n darparu'r effeithlonrwydd pŵer uchaf posibl.
Mae'r patrymau tonfedd sy'n deillio o hyn yn cymryd ymddangosiad tapestrïau cymhleth, trawiadol wrth i'r trawstiau laser groesi ei gilydd a symud drwy'r cylchedau.
“Mae ein gwaith yn dangos y gall y dull hwn ganiatáu cannoedd o qubits ar un sglodyn,” nododd Osada. Mae Qubits yn cyfeirio at unedau sylfaenol cyfrifiadura cwantwm, y mae algorithmau cwantwm yn rhedeg arnynt i fynd i'r afael â-phroblemau byd go iawn.
Defnyddiodd yr ymchwilwyr ddau ddull o ffurfio patrymau, y cyfeirir atynt fel didoli swigod a dyblygu blocio. Canfuwyd bod gan y ddau batrwm fanteision, gyda'r ymchwilwyr yn awgrymu y byddai'r dewis rhwng y ddau yn dibynnu ar ffactorau megis nifer y trawstiau laser sydd eu hangen a cholledion elfennau ffotonig. Amlygodd yr astudiaeth yn llwyddiannus ymarferoldeb a photensial defnyddio patrymau cymhleth o dywysyddion tonnau mewn cylchedwaith i ddod â thrawstiau golau i ïonau sydd wedi'u dal.
Mae'r ymchwil hwn yn darparu goblygiadau cyffrous y gallai'r un cysyniad gael ei gymhwyso nid yn unig i gyfrifiadura cwantwm ond hefyd i saernïo systemau optegol uwch, sy'n cynrychioli datblygiad technolegol pwysig gydag ystod eang o gymwysiadau.
