Создан первый интегральный источник фотонов

Физики из Бристольского и Трентского университетов разработали первый источник фотонов, который найдет применение в технологиях квантовой фотоники. Статья исследователей опубликована в журнале Nature Communications.

Квантовая фотоника — относительная молодая область физики, открытия в которой тем не менее могут оказать значительное влияние на современную науку и общество. Основанные на устройствах квантовой фотоники вычислительные системы будут в разы мощнее современных суперкомпьютеров и смогут решать задачи, например, по поиску новых материалов и лекарственных препаратов.

Интегрированные устройства квантовой фотоники — это перспективная платформа для развития квантовых технологий. Все это благодаря их способности генерировать фотоны — кванты света — и управлять ими в сложных оптических схемах. Использование КМОП — набора полупроводниковых технологий построения интегральных микросхем — позволяет интегрировать схемы, эквивалентные тысячам оптических волокон и компонентов, в один чип размером несколько миллиметров.

Использование интегрированной фотоники для разработки масштабируемых квантовых технологий пользуется большим спросом. Важная проблема, которая ограничивает масштабирование интегрированной квантовой фотоники, это отсутствие внутрипроцессорных источников, способных генерировать одиночные фотоны. Без таких источников ошибки в квантовых вычислениях быстро накапливаются при увеличении сложности схемы, в результате чего вычисления перестают быть надежными. Кроме того, оптические потери в источниках ограничивают число фотонов, которые квантовый компьютер может создавать и обрабатывать.

Теперь исследователи из Бристольского университета нашли способ решить эту проблему. Они разработали первый интегрированный источник фотонов, совместимый с большими устройствами квантовой фотоники. Для достижения высокого качества фотонов ученые создали новую методику, которая получила название «интермодальное спонтанное четырехволновое смешение». Этот метод предполагает нелинейную интерференцию нескольких мод света, распространяющегося через кремниевый волновод. В результате этого создаются идеальные условия для генерации одиночных фотонов.

Испытания источника показали его высокую эффективность и потенциальную применимость в реальных схемах. Кроме того, по словам авторов, новое устройство можно изготовить с помощью уже использующихся в промышленности КМОП-технологий. Это значит, что новый источник фотонов в скором времени может стать частью вычислительных устройств нового поколения.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.