Физик Эрик Баалберген из Лейденского университета (Нидерланды) защитил диссертацию, посвящённую детекторам, способным различать один, два и три фотона - частицы света. Работа под названием "Разрешение по числу фотонов с помощью сверхпроводящих нанопроводов" была представлена 3 ноября. Такие детекторы - важный строительный блок для оптического квантового компьютера будущего.

Обычные детекторы света могут лишь зафиксировать, есть фотоны или нет. Для квантовых вычислений этого недостаточно: компьютер использует фотоны для расчётов, и нужно точно знать, сколько частиц пришло в определённую точку одновременно. "Наш детектор измеряет, сколько именно световых частиц было, и эти измерения также дают информацию о том, насколько результат достоверен", - поясняет Баалберген. По его словам, это небольшой, но принципиально важный шаг вперёд, хотя детектор ещё требует доработки.

В основе устройства - сверхпроводящие нанопровода: чрезвычайно тонкие нити из материала, который при очень низких температурах теряет электрическое сопротивление. Когда фотон попадает в такой провод, его электрическое состояние меняется и возникает измеримый сигнал. Одно из технических решений - умное соединение детектора с электроникой, считывающей сигнал, что позволяет меньше терять электрический сигнал.

В ходе работы Баалберген сотрудничал с теоретиком Илсе Кёйф, также аспиранткой Лейденского университета. Она изучает, как улучшенный анализ данных и новые методы искусственного интеллекта помогают извлекать больше информации из уже проведённых экспериментов. Вместе со студентом Ларсом Селдентейсом они предложили анализировать не только амплитуду электрического сигнала, но и то, как он меняется во времени. Это позволило точнее определять число обнаруженных фотонов. Метод предъявляет относительно низкие требования к считывающей электронике, поэтому быстр и прост в применении. Результаты опубликованы в журнале APS Open Science в июле.

Детектор - лишь один из компонентов оптического квантового компьютера, но каждый из них важен для развития технологии. Со временем квантовые компьютеры смогут выполнять сложные расчёты, которые крайне трудны для обычных машин, например помогать лучше понимать химические реакции и проектировать новые молекулы и материалы. Преимущество оптического квантового компьютера перед сверхпроводящим - почти все его компоненты работают при комнатной температуре, без громоздкой системы охлаждения почти до абсолютного нуля, что экономит деньги и время.

Во время исследования Баалберген сотрудничал с компанией QuiX Quantum. Летом 2026 года она запустила первый рабочий прототип оптического квантового компьютера. Учёный ожидает, что его детектор войдёт в следующее поколение этой машины и позволит проводить вычисления с ещё большей точностью.

Источник: Phys.org