За първи път квантов източник на светлина е изцяло интегриран в чип

Международен екип от изследователи е първият, който успя изцяло да интегрира квантов източник на светлина в един единствен чип. По този начин размерът на източника се намалява над 1000 пъти, което подобрява възпроизводимостта, дългосрочната стабилност, мащабируемостта и потенциално проправя пътя за масовото му производство. Всички тези характеристики са необходими за реалното внедряване на квантовите процесори.

Квантовите битове (или кубитите) са основните елементи на квантовите компютри и квантовия интернет. Техни източници могат да бъдат и фотоните, които се генерират от квантови светлинни източници. Вградената в чипа фотоника се превърна във водеща технология за обработка на оптичните квантови състояния, тъй като е компактна, надеждна и дава възможност за поставянето на много елементи в един фотонен чип. В самия чип от подобен род светлината се насочва с помощта на изключително компактни структури, които се използват за създаване на фотонни квантови компютърни системи.

Досега обаче източниците на светлина изискваха външни и тромави лазерни системи, които са трудни за използване извън лабораториите, разказва Phys.org. Екип от учени от университета „Лайбниц“ в Хановер, Германия, университета „Твенте“ в Холандия и стартъпа QuiX Quantum са преодолели това препятствие с помощта на съвсем нова архитектура за чипове и иновативни интегрирани платформи. Създаденият от тях квантов светлинен източник се побира изцяло в един единствен чип и излъчва заплетени кубитови състояния.

„Кубитите са много чувствителни към шума. В чипа трябва свободно да се движи лазерно излъчване, напълно свободно от шум, което изисква филтър в чипа. Досега бе много трудно да се интегрират лазерът, филтърът и резонаторът в един и същи чип, тъй като липсваше необходимият уникален материал, който да се използва за производството на тези компоненти и да предлага необходимата ефективност“, заяви Рактим Халдар, един от изследователите.

Решението е хибридна технология, която съчетава лазер от индиев фосфид, филтър и резонатор от силициев нитрид – всичко това в един чип. В него се извършва спонтанен нелинеен процес, в резултат на който от лазерното поле възникват два фотона. Всеки от тях е в суперпозиция, двата са заплетени и могат да съхраняват квантова информация.

Благодарение на тази архитектура се постига висока ефективност и производителност, необходими за квантовите компютри и квантовия интернет. Вече е възможно лазерът да се интегрира с другите елементи на чипа, като целият необходим светлинен източник е по-малък от монета от едно евро. Освен това откритието на учените значително ще намали производствените разходи.

Друг важен момент е, че за разлика от Google, който използва кубити при криогенни температури, предложената нова фотонна система за генериране на заплетени фотони, може да работи при стайна температура.