
Физики из университетов Гриффита и Квинсленда впервые создали рабочий прототип квантового вентиля Фредкина. Устройство меняет местами состояния двух кубитов в зависимости от состояния третьего, управляющего кубита. С помощью комбинаций из одного или нескольких таких вентилей можно выполнить любую квантовую логическую операцию, иными словами он является универсальным. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Гриффита.Вентиль работает следующим образом. В один из трех вводов подается контрольный сигнал. Если его значение равно нулю, то и он, и сигналы двух оставшихся вводов проходят неизменными. Если значение контрольного сигнала равно единице, то сигналы двух остальных вводов меняются местами в каналах выхода, контрольная линия остается при этом неизменной. С помощью одного или нескольких классических вентилей могут выполнены любые логические операции.Аналогичными свойствами обладает и квантовый вентиль. По сути, это означает, что вместо создания нескольких различных типов вентилей для каждой операции (НЕ, ИЛИ, Исключающее ИЛИ и так далее) в устройстве можно использовать элементы лишь одного типа, определенным образом между собой соединенные. В частности, это может уменьшить общее количество элементов в схеме. Физики-теоретики предложили ранее несколько способов создания вентиля Фредкина, в частности, с помощью комбинации из пяти обычных двухкубитных элементов. Однако такие схемы достаточно сложны и до сих пор не были реализованы. Авторы новой работы не только предложили более простую схему вентиля без использования дополнительных логических элементов, но и воплотили ее в жизнь.Ученые реализовали устройство с помощью линейной оптики — за основу была взята схема операции SWAP (меняет местами кубиты). К этой схеме авторы добавили контрольную линию. Физики отмечают, что такой шаг был возможен именно для оптических систем. Для того, чтобы контрольная линия могла влиять на операцию SWAP авторы использовали особый вид запутанности, работающий для путей фотонов. Иными словами, один из фотонов мог идти по тому или иному направлению в зависимости от того, какой путь «выбрал» другой фотон.
