Основу современных коммуникационных технологий составляют световые и звуковые волны. В то время как наноразмерные звуковые волны в полупроводниках обрабатывают сигналы на гигагерцевых частотах для беспроводной передачи, стеклянные волокна с лазерным светом создают Всемирную паутину.
Один из наиболее актуальных вопросов на будущее заключается в том, как эти технологии можно распространить на квантовые системы, чтобы создать безопасные (т. е. бесконтактные) системы. квантовая связь сетей.
Кванты света или фотоны играют центральную роль в разработке квантовых технологий.
Команда немецких и испанских ученых из Валенсии, Мюнстера, Аугсбурга, Берлина и Мюнхена успешно управляла отдельными квантами света с чрезвычайно высокой степенью точности. В их исследовании используется звуковая волна для переключения отдельных людей. фотонов на чипе между двумя выходами на гигагерцовых частотах.
Впервые ученые продемонстрировали новый метод, который можно использовать для акустических квантовых технологий или сложных интегрированных фотонных сетей.
Физик профессор Хуберт Креннер, возглавляющий исследование в Münster и Аугсбург, сказал: «Наша команда теперь преуспела в генерации отдельных фотонов на чипе размером с ноготь, а затем управлении ими с беспрецедентной точностью, точно синхронизированной с помощью звуковые волны".
Доктор Маурисио де Лима, который занимается исследованиями в Университете Валенсии и координирует проводимую там работу, добавляет: «Принцип работы нашего чипа был нам известен в отношении обычного лазерного света, но теперь, используя кванты света, нам удалось совершить долгожданный прорыв в направлении квантовые технологии".
В ходе исследования ученые изготовили чип с мельчайшими «проводящими путями» для квантов света – так называемыми волноводами. Они примерно в 30 раз тоньше человеческого волоса. Чип также содержит источники квантового света, так называемые квантовые точки.
Доктор Маттиас Вайс из Мюнстерского университета провел оптические эксперименты и добавил: «Эти квантовые точки размером всего в несколько нанометров представляют собой островки внутри волноводов, которые излучают легкий как отдельные фотоны. Квантовые точки включены в наш чип, поэтому нам не придется использовать сложные методы для генерации отдельных фотонов с помощью другого источника».
Доктор Доминик Бюлер, который разработал квантовые чипы в рамках своей докторской диссертации. в Университете Валенсии отмечает, насколько быстра эта технология: «Используя наноразмерные звуковые волны, мы можем напрямую переключать фотоны на чипе туда и обратно между двумя выходами с беспрецедентной скоростью во время их распространения в волноводах».
Доктор Маурисио де Лима, глядя на будущее, сказал: «Мы уже работаем над улучшением нашего чипа, чтобы мы могли программировать квантовое состояние фотонов по своему желанию или даже управлять несколькими фотонами разного цвета между четырьмя или более выходами».
Профессор Хуберт Креннер добавляет, «Здесь мы извлекаем выгоду из уникальной силы, которой обладают наши наноразмерные звуковые волны: поскольку эти волны распространяются практически без потерь по поверхности чипа, мы можем аккуратно контролировать почти столько волноводов, сколько захотим, с помощью всего одной единственной волны – и с чрезвычайно высокая степень точности».
Ссылки на журналы:
- Доминик Д. Бюлер, Маттиас Вайс, Антонио Креспо-Поведа, Эмелин Д.С. Нистен, Джонатан Дж. Финли, Кай Мюллер, Пауло В. Сантос, Маурисио М. де Лима-младший, Х. Дж. Креннер (2022): Генерация на кристалле и динамика пьезооптомеханическое вращение одиночных фотонов. Природные коммуникации 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
