Исследователи из Королевского мельбурнского технологического университета (RMIT University in Melbourne) уже достаточно давно занимаются разработкой квантовых технологий, призванных обеспечить работу безопасных коммуникационных систем и квантовых вычислительных систем. А недавно группе, работающей на экспериментальной установке RMIT MicroNano Research Facility и возглавляемой профессором Дэвидом Моссом (David Moss) удалось добиться реализации технологии создания запутанных пар фотонов, технологии, которая умещается на поверхность кристалла крошечного чипа. Это достижение может стать основой следующего поколения интегрированных квантово-оптических чипов, производство которых полностью совместимо с существующими технологиями. И это, в свою очередь, может оказать сильное влияние на дальнейшее развитие области телекоммуникаций и вычислительной техники.
Квантово-фотонный чип
Создавая свой чип ученые использовали новый подход, заключающийся в использовании кольцевого микрорезонатора, крошечной оптической впадины, уникальными свойства которой позволяют с минимальными энергетическими потерями и затратами подавить эффекты классической физики, выдвигая на первый план квантовые процессы. Из-за того, что в своих экспериментах ученые использовали несколько лазерных лучей с различными длинами волн, им пришлось также найти способ преодоления риска разрушения хрупкого квантового состояния фотонов, которое могло быть вызвано воздействием лазерной накачки некоторых элементов чипа.
«Одно из свойств фотонов света, которое используется в квантовой оптике, является их поляризацией» — рассказывает профессор Дэвид Мосс, — «По существу это свойство является направлением плоскости, в которой происходят колебания электрической составляющей электромагнитной волны фотона».
«На свете уже существуют системы-на-чипе, которые позволяют получать единичные или пары фотонов. Но все эти фотоны имеют такой же уровень поляризации, как и фотоны изначального луча лазерного света. Это вынудило нас к поискам способа смешивания света нескольких лучей лазеров и изменения поперечной поляризации производимых фотонов при помощи процессов нелинейной оптики».
«Следует отметить, что подавление эффектов классической физики достаточно просто реализовывается в газовой среде и в среде особо микроструктурированного волокна. Нам же удалось впервые реализовать все это в виде микроскопического чипа. Элементы, которые мы использовали, могут стать базовыми элементами при создании больших масштабируемых интегральных систем, которые оперируют поляризацией света на уровне единичных фотонов».
Как уже упоминалось чуть выше, все элементы квантово-оптического чипа были изготовлены при помощи существующих технологий, используемых в производстве полупроводниковых чипов. Это позволит в недалеком будущем, используя мощности современных существующих производственных предприятий, наладить выпуск гибридных чипов, в которых элементы традиционной электроники будут смешаны с элементами квантово-оптических схем. И такой симбиоз позволит сделать такие гибридные чипы более быстрыми, потребляющими меньшее количество энергии и обладающими более широкими возможностями, нежели просто электронные чипы.
