الضوء يتعلم العد سريع
يجري الضوء عبر متاهة من المرايا ومقسمات الأشعة، لكنه في نهاية المسار لا يكتفي بالوميض على الكاشف، بل يغيّر نفسه. في الحاسوب الفوتوني الجديد، أُضيفت وحدات غير خطية إلى الدوائر الخطية المألوفة، وأصبح بإمكان الضوء تنفيذ أي عملية كمومية، وليس جزءًا منها فقط.
في السابق، كانت الأجهزة الكمومية البصرية تشبه بيانو لا يمكن العزف عليه إلا بالمفاتيح البيضاء. العمليات الخطية هي تلك المفاتيح البيضاء: فهي مدروسة جيدًا وسهلة التوسع، لكن دون المفاتيح السوداء للاخطية لا يمكن عزف الموسيقى. البنية الجديدة تضيف إلى الآلة المفاتيح السوداء، وليس واحدة تلو الأخرى، بل كتلًا كاملة يمكن دمجها في الدوائر القائمة.
كان الاختبار بمثابة تحديين صعبين. الأول: توليد حالات خاصة من الضوء تُستخدم لتصحيح الأخطاء في الحسابات الكمومية. في السابق، كانت هذه الحالات تُنتج عشوائيًا وباحتمال منخفض، أما الآن فهي شبه مضمونة. الثاني: محاكاة سلوك العديد من الجسيمات في شبكة، وهو ما يُعرف بنموذج بوز-هوبارد (Bose-Hubbard model). كان يُعتقد أن الدوائر الفوتونية غير قادرة على ذلك، لكن المنصة الجديدة نجحت.
تكتمل الحلقة: الضوء الذي كان يومًا ما ينير الطريق فقط، أصبح الآن آلة حاسبة قادرة على إجراء عمليات كمومية عالمية.
الملخص الأصلي
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2602.06544
Universal quantum computing requires an architecture that supports both linear circuits and, crucially, strong nonlinear resources. For quantum photonic systems, integrating such nonlinearities with scalable linear circuitry has been a major bottleneck, leaving most optical experiments without nonlinear operations and, consequently, incapable of achieving universality. Here, we report an extensible photonic computer that supports a universal gate set by seamlessly combining fully programmable, scalable linear optical networks with integrated nonlinear modules. This platform enables a broad range of quantum computing and simulation tasks. We demonstrate the quasi-deterministic generation of optical Gottesman-Kitaev-Preskill states, which are essential resources for bosonic error correction, yet had previously been realized only probabilistically. Furthermore, we simulate complex many-body quantum dynamics, exemplified by the Bose-Hubbard model. Such quantum simulation tasks have long been considered beyond the reach of photonic hardware limited to linear operations. These capabilities, enabled by our extensible architecture, establish a viable route towards photonic quantum simulation and fault-tolerant quantum computing.
لوحظت التأثيرات البصرية غير الخطية لأول مرة في القرن التاسع عشر، لكن استخدامها في الحسابات أصبح ممكنًا فقط مع ظهور الليزر.