Исследователи из Технологического института Стивенса создали источник фотонов на основе чипов, в 100 раз более эффективный, чем это было возможно ранее, а также сделали возможной интеграцию массивных квантовых устройств, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Physical Review Letters.
Сверхбыстрые квантовые компьютеры и коммуникационные устройства могут произвести революцию в бесчисленных аспектах нашей жизни, но сначала исследователям нужен быстрый и эффективный источник запутанных пар фотонов, которые такие системы используют для передачи и управления информацией. Исследователи из Технологического института Стивенса сделали именно это, не только создав источник фотонов на основе чипов, в 100 раз более эффективный, чем это было возможно ранее, но и сделали возможной интеграцию массивных квантовых устройств.
«Давно было подозрение, что это возможно в теории, но мы первые, кто продемонстрировал это на практике», - сказал Юпин Хуанг - доцент кафедры физики Галлахера и директор Центра квантовой науки и техники.
Чтобы создать пары фотонов, исследователи улавливают свет в тщательно вылепленных наноразмерных микрополостях; когда свет циркулирует в полости, его фотоны резонируют и расщепляются на запутанные пары. Но есть одна загвоздка: в настоящее время такие системы крайне неэффективны: они требуют потока входящего лазерного света, состоящего из сотен миллионов фотонов, прежде чем одна запутанная пара фотонов неохотно вытечет на другой конец.
Хуанг и его коллеги из института Стивенса разработали новый источник фотонов на основе чипа, который в 100 раз более эффективен, чем любое предыдущее устройство, позволяя создавать десятки миллионов запутанных пар фотонов в секунду из одного лазерного луча мощностью микроватт.
«Это огромная веха для квантовой связи», - сказал Хуанг.
Работая с аспирантами Стивенса Чжаохуэй Ма и Цзяян Ченом, Хуанг на основе предыдущих исследований своей лаборатории вырезал микрополости чрезвычайно высокого качества в хлопьях кристаллов ниобата лития. Полости в форме беговой дорожки внутренне отражают фотоны с очень небольшой потерей энергии, позволяя свету дольше циркулировать и взаимодействовать с большей эффективностью.
Путем точной настройки дополнительных факторов, таких как температура, команде удалось создать беспрецедентно яркий источник запутанных пар фотонов. На практике это позволяет производить пары фотонов в гораздо больших количествах при заданном количестве падающего света, что резко снижает энергию, необходимую для питания квантовых компонентов.
Команда уже работает над способами дальнейшего совершенствования своего процесса и заявляет, что вскоре ожидает достижения истинного Святого Грааля квантовой оптики: системы, которая может превратить один входящий фотон в запутанную пару исходящих фотонов практически без потерь энергии по пути. «Это определенно достижимо, - сказал Чен. - На данный момент нам просто нужны дополнительные улучшения».
До тех пор команда планирует продолжать совершенствовать свою технологию и искать способы использования источника фотонов для управления логическими вентилями и другими компонентами квантовых вычислений или коммуникаций. «Поскольку эта технология уже основана на микросхемах, мы готовы начать масштабирование путем интеграции других пассивных или активных оптических компонентов», - пояснил Хуанг.
По словам Хуанга, конечная цель - сделать квантовые устройства
настолько эффективными и дешевыми в эксплуатации, чтобы их можно
было интегрировать в основные электронные устройства. «Мы хотим
вывести квантовые технологии из лаборатории, чтобы они приносили
пользу каждому из нас, - пояснил он. – В скором будущем мы хотим,
чтобы в рюкзаках детей были квантовые ноутбуки, и мы прилагаем
все усилия, чтобы это стало реальностью».
[Фото: eurekalert.org]
