Entanglement-on-a-chip: інший крок до квантових комп'ютерів

На відміну від магічного кільця Більбо, який заплутує серця людей, інженери створили нову мікрообміну, яка викликає окремі частинки світла. Це важливий перший крок для ряду нових технологій.

Квантове заплутування — миттєве з'єднання між двома частинками незалежно від їх відстані один від одного - одна з найцікавіших, перспективних і інтригуючих явищ у фізиці. Правильно налаштовані фотони можуть перетворювати обчислювальні, комунікаційні технології та кібербезпеку. Незважаючи на те, що заплутаність вже була створена в лабораторії і навіть в порівняно великих оптоелектронних компонентах, практичне джерело заплутаних фотонів, які можуть підходити на звичайному комп'ютерному чіпі, залишається освіченим.

Нове дослідження опубліковане в журналі Optica описує, як команда вчених вперше створила мікроскопічний компонент, досить невеликий, щоб відповідати на стандартний кремнієвий чіп, який може забезпечити безперервне постачання заплутаних фотонів.

Новий дизайн базується на вже відомих технологіях кремнію, відомих як мікропроцесорний резонатор. Ці резонатори є фактично петлями, які можуть заплутуватися, а потім повторювати частинки світла. Налаштуйте дизайн цього резонатора, вчені створили нове джерело заплутаних фотонів, неймовірно дрібних і високоефективних, що робить його ідеальним компонентом-на-чипсу.

«Основна перевага нашого нового джерела полягає в тому, що це невелике, яскраве і засноване на силіконі», – розповідає Данила Баджонні, вчений в Університеті Павії в Італії та співавторі паперу. Діаметр резонатора кільця становить 20 мкм, третина ширини волосся людини. Попередні джерела були сотні разів більше, ніж ми розробили. й

Вчені та інженери давно визнали величезний практичний потенціал заплутаних фотонів. Цей цікавий прояв квантової фізики, який Ейнштейн назвав «Скубіючу дію на відстані», має два важливі наслідки для світу сучасної техніки.

По-перше, якщо щось впливає на одну з заплутаних фотонів, то інший буде миттєво реагувати на цю дію, навіть якщо це на протилежну сторону комп'ютерної чіпа або навпаки кінця галактики. Ця поведінка може бути використана для збільшення обчислювальної потужності та швидкості. По-друге, якщо два фотони можуть вважатися однією суб'єктом, вона дозволяє протоколу зв'язку, який не зламати.





Зелена хвиля - лазерний промінь; червоний і синій - заплутані пари фотон



Це здавалося б, неможлива поведінка є важливим для розробки певних технологій наступного покоління, таких як комп'ютери, які будуть набагато більш потужними, ніж сьогодні найбільш передові надкомп'ютери і безпечні телекомунікаційні мережі.

Однак, щоб принести ці нові технології до життя, потрібен новий клас заплутаних фотон-випромінювачів, які можуть бути легко введені в існуючі технології для чищення кремнію. Досягнення цієї мети не було легко.

На сьогоднішній день випромінювачі заплутаних фотонів — виготовлені переважно з спеціально розроблених кристалів — можуть бути зменшені лише на кілька міліметрів, багато замовлень величини більше, ніж потрібно для застосування на чіпі. Крім того, такі елементи вимагають багато енергії, дуже важлива частина в галузі телекомунікацій і обчислень.

Щоб вирішити ці проблеми, вчені вивчили потенціал транзисторів як нового джерела заплутаних фотонів. Ці добре встановлені оптоелектронні компоненти можна легко очищати на силіконову підкладку, як і інші компоненти напівпровідникових чіпсів. Для «пампу» або живлення резонатора лазерний промінь спрямований на оптичне волокно з вхідної сторони зразка, яка потім з'єднує до резонатора і запускає фотони в забіг навколо кільця. У цій петлі фотони мають ідеальне середовище для спілкування і заплутування.

Коли фотони залишають резонатор, вчені знайшли, що значна кількість них заплутані.

«Наший пристрій здатний випромінювати світло з яскравими квантовими властивостями, які ніколи не спостерігали з вбудованим джерелом», – каже Баджон. Швидкість, при якій утворюються заплутані фотон, є безпрецедентною для інтегрованих джерел кремнію і порівняти в обсягах виведення до потужних кристалів, що перекачуються дуже потужними лазерами.

Вчені вважають, що їхня робота має особливе значення, оскільки вона демонструє, вперше в історії, хінтессенція квантового ефекту – заплутаність – вже перевірена і добре відома технологія.

«За останні кілька років силіконно-інтегровані пристрої розроблені для фільтрування та прямого світла, переважно для телекомунікаційних додатків», – каже Баджон. Ми можемо самі зателефонувати одержувачу і узгодити зручний час і місце вручення квітів, а якщо необхідно, то збережемо сюрприз.

Таким чином, ця робота може сприяти в прийнятті квантових інформаційних технологій, зокрема квантових протоколів криптографії. За даними Bajoni і колег, ці протоколи вже були продемонстровані і протестовані. Вони не мають декількох деталей, включаючи невелике і надійне джерело заплутаних фотонів, які можуть пропагувати в волоконно-оптичних мережах. Вирішена проблема.

Джерело: hi-news.ru