Физики создали первые полноценные одночиповые источники одиночных фотонов

Европейские физики разработали первую интегральную схему, которая включает в себя все ключевые компоненты источников одиночных фотонов, необходимых для создания систем квантовой связи и вычислительных машин. Об этом во вторник сообщила пресс-служба Ганноверского университета имени Лейбница (LUH).

"Нам удалось уменьшить размеры источника одиночных фотонов более чем в тысячу раз, что позволяет массово производить стабильные, предсказуемые и при этом хорошо масштабируемые излучатели частиц света. Все эти свойства критически важны для практических приложений квантовых технологий, в том числе для создания квантовых процессоров", - заявил профессор LUH Михаэль Кус, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Надежные источники и приемники одиночных фотонов представляют собой один из самых важных компонентов квантовых вычислительных устройств и систем шифрации данных. Такие излучатели и датчики частиц необходимы для передачи информации между отдельными компонентами квантового компьютера, а также они используются в работе квантовых сенсоров, в различных научных приборах и в телекоммуникационной отрасли.

Как отмечают профессор Кус и его коллеги, за последние годы физики и инженеры разработали большое число высококачественных излучателей одиночных фотонов, которые сейчас широко используются в промышленности. Все они обладают одним общим недостатком - для их работы необходим внешний источник лазерного излучения, обладающий достаточно крупными размерами.

Это мешало созданию одночиповых источников одиночных фотонов, которые можно было бы интегрировать в компактную электронику или использовать в качестве одного из компонентов кубитов, ячеек памяти и вычислительных блоков квантовых компьютеров. Немецкие физики сделали большой шаг к решению этой проблемы в ходе экспериментов по интеграции миниатюрного полупроводникового лазера на базе фосфида индия внутрь кремниевого чипа.

В прошлом ученые уже пытались использовать лазеры на базе фосфида индия для создания компактных источников одиночных фотонов, однако им не удавалось этого сделать из-за низкого КПД и высокого уровня потерь энергии в этих излучателях. Физики решили эту проблему, подключив лазер на базе фосфида индия к фильтру-резонатору на базе нитрида кремния, который мешал "побегу" частиц света и отсеивал фотоны с неоптимальными свойствами.

Ученые изготовили несколько устройств и убедились в том, что они действительно способны вырабатывать потоки одиночных частиц света и при этом чипы тратили на это минимальные количества энергии. Эти прототипы профессор Кус и его коллеги использовали для создания фотонных кубитов и кутритов, многоуровневых квантовых ячеек памяти. Последующие вычислительные операции с ними подтвердили высокое качество работы новых источников одиночных фотонов.

Результаты опытов, как отмечают физики, открывают дорогу для создания сложных квантовых компьютеров на базе фотонных чипов, которые смогут достичь так называемого "квантового превосходства", решить сверхсложную задачу, недоступную для классических компьютеров. Кроме того, разработка позволит создать более компактные системы защищенной связи и квантовые сенсоры на базе одиночных фотонов.

Источник:ТАСС

Источник фото:techinsider