Основу сучасних комунікаційних технологій складають світлові та звукові хвилі. У той час як нанорозмірні звукові хвилі на напівпровідниках обробляють сигнали на частотах гігагерц для бездротової передачі, скляні волокна з лазерним світлом створюють Всесвітню павутину.
Одне з найактуальніших питань майбутнього полягає в тому, як ці технології можна поширити на квантові системи для створення безпечних (тобто безвідмовних) квантове спілкування мереж.
Кванти світла або фотони відіграють центральну роль у розвитку квантових технологій.
Команда німецьких та іспанських вчених з Валенсії, Мюнстера, Аугсбурга, Берліна та Мюнхена успішно контролювала окремі кванти світла з надзвичайно високою точністю. Їх дослідження використовує звукову хвилю для перемикання індивідуума фотонів на мікросхемі між двома виходами на частотах гігагерц.
Це перший раз, коли вчені продемонстрували новий метод, який можна використовувати для акустичних квантових технологій або складних інтегрованих фотонних мереж.
Фізик, професор Губерт Креннер, який очолює дослідження в Münster і Аугсбург, сказав, «Нашій команді вдалося згенерувати окремі фотони на чіпі розміром з мініатюру, а потім контролювати їх із безпрецедентною точністю, точно синхронізуючи за допомогою звукові хвилі».
Доктор Маурісіо де Ліма, який досліджує в Університеті Валенсії та координує роботу, що там виконується, додає: «Принцип роботи нашого чіпа був відомий нам щодо звичайного лазерного світла, але тепер, використовуючи кванти світла, нам вдалося зробити довгоочікуваний прорив у напрямку квантові технології».
У дослідженні вчені виготовили чіп із дрібними «провідними шляхами» для квантів світла — так званими хвилеводами. Вони приблизно в 30 разів тонші за людське волосся. Чіп також містить квантові джерела світла, т.зв квантові точки.
Доктор Маттіас Вайс з Університету Мюнстера провів оптичні експерименти та додав: «Ці квантові точки, розміром лише кілька нанометрів, є острівцями всередині хвилеводів, які випромінюють світло як окремі фотони. Квантові точки включені в наш чіп, тому нам не потрібно використовувати складні методи для генерації окремих фотонів за допомогою іншого джерела».
Доктор Домінік Бюлер, який розробив квантові чіпи як частину свого доктора філософії. в Університеті Валенсії вказує на швидкість цієї технології: «Використовуючи нанорозмірні звукові хвилі, ми можемо напряму перемикати фотони на чіпі вперед і назад між двома виходами з безпрецедентною швидкістю під час їх поширення в хвилеводах».
Доктор Маурісіо де Ліма, дивлячись у майбутнє, сказав: «Ми вже працюємо над покращенням нашого чіпа, щоб ми могли програмувати квантовий стан фотонів, як забажаємо, або навіть контролювати декілька фотонів із різними кольорами між чотирма або більше виходами».
Проф. Губерт Креннер додає, «Тут ми отримуємо переваги від унікальної сили, якою володіють наші нанорозмірні звукові хвилі: оскільки ці хвилі поширюються практично без втрат на поверхні чіпа, ми можемо акуратно контролювати майже скільки завгодно хвилеводів за допомогою однієї хвилі — і надзвичайно високий ступінь точності».
Посилання на журнал:
- Домінік Д. Бюлер, Маттіас Вайс, Антоніо Креспо-Поведа, Емелін Д. С. Ністен, Джонатан Дж. Фінлі, Кай Мюллер, Пауло В. Сантос, Маурісіо М. де Ліма молодший, Х. Дж. Креннер (2022): Генерація на мікросхемі та динаміка п'єзооптико-механічне обертання одиночних фотонів. Nature Communications 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
