Новости

Mar 21, 2023

Исследователи разрабатывают интегрированную фотонную платформу на основе тонких

Мариана Ириарте, 3 июня 2023 г. Исследователи используют фотонику для разработки

Мариана Ириарте

3 июня 2023 г.

Исследователи используют фотонику для разработки и масштабирования оборудования, необходимого для удовлетворения строгих требований квантовых информационных технологий. Используя свойства фотоники, исследователи указывают на преимущества масштабирования квантового оборудования. Исследователи говорят, что в случае успеха квантовое оборудование в большом масштабе позволит создать сети дальнего радиуса действия, взаимосвязи между несколькими квантовыми устройствами и крупномасштабные фотонные схемы для квантовых вычислений и моделирования.

Междисциплинарная группа исследователей из Дании, Германии и Великобритании концентрируется на лучших способах использования фотоники и ее свойств для разработки платформы, способной масштабировать квантовое оборудование, сообщает Phys.Org. С этой целью команда разработала интегрированную фотонную платформу на основе тонкопленочного ниобата лития, монокристаллы которого являются важным материалом для оптических волн и идеальным модулятором для режима с низкими потерями.

Затем исследователи соединили интегрированную фотонную платформу с детерминированными твердотельными однофотонными источниками на основе квантовых точек (полупроводниковых кристаллов) в нанофотонных волноводах. Полученные в результате фотоны обрабатываются с помощью схем с низкими потерями, которые, по мнению исследователей, программируются на скоростях в несколько гигагерц. Исследователи утверждают, что быстро перепрограммируемые оптические схемы с низкими потерями являются ключевыми для выполнения задач фотонной квантовой обработки информации.

Высокоскоростная платформа открыла исследователям возможность реализовать несколько ключевых функций обработки фотонной информации. Первой функциональность обработки, которую исследователи наблюдали в ходе экспериментов, была квантовая интерференция внутри кристалла. Исследователи использовали эффект Хонга-УМанделя (HOM), который характеризуется тем, что наблюдается двухфотонная интерференция. На рисунке 1 показаны проведенные на кристалле HOM-эксперименты, в ходе которых проверялась производительность платформы фотонной квантовой обработки информации.

Еще одна функция обработки, которую команда продемонстрировала и которая является ключевой для обработки фотонной информации, — это встроенный однофотонный маршрутизатор. Исследователи продемонстрировали полностью встроенный фотонный маршрутизатор для фотонов, излучаемых квантовыми точками. Для этого они использовали возможности платформы по интеграции быстрых фазовращателей с длинами волн квантового излучателя, чтобы продемонстрировать интегрированный однофотонный маршрутизатор.

Команда также создала универсальный четырехмодовый интерферометр, состоящий из сети из 6 интерферометров Маха-Цендера и 10 фазовых модуляторов, как показано на рисунке 2. Программируемые многомодовые квантовые фотонные интерферометры имеют первостепенное значение для реализации основных функций фотонных квантовых технологий. . И исследователи заявили, что интерферометры способны реализовывать схемы для экспериментов по квантовым вычислениям или аналогового квантового моделирования.

В исследовательской статье, опубликованной Science Advances, исследователи подробно рассказали о своей разработке высокоскоростной интегрированной фотонной платформы на основе тонкопленочного ниобата лития. Статья озаглавлена ​​«Высокоскоростной тонкопленочный квантовый процессор на основе ниобата лития, управляемый твердотельным квантовым эмиттером».

Авторы утверждают, что результаты показали, что интегрированная фотоника с твердотельными детерминированными источниками фотонов является многообещающим вариантом масштабирования квантовых технологий в несколько этапов. В дальнейшем платформа может быть дополнительно оптимизирована для уменьшения потерь на связь и распространение. В частности, отказоустойчивые архитектуры квантовых вычислений (с уровнем потерь ≲10% на фотон) являются шагом ближе к реальности.

Междисциплинарная группа исследователей состоит из международных организаций, включая Центр гибридных квантовых сетей (Hy-Q), Институт Нильса Бора, Копенгагенский университет (Дания); Институт физики Мюнстерского университета (Германия); CeNTech — Центр нанотехнологий (Германия); SoN — Центр мягкой нанонауки (Германия); Институт биомедицинских исследований Вольфсона, Университетский колледж Лондона (Великобритания); Рурский университет Бохума (Германия); и Гейдельбергский университет (Германия).