Лазерный мир

Разработка ученых представляет собой небольшой и дешевый в производстве оптический чип, созданный с помощью тех же методов, что используются в современной электронике.
Для генерации пар запутанных фотонов на чипе расположены лазер и микрокольцевой резонатор. Для управления связанными квантовыми состояниями встроена система оптических фильтров.

Проходя по резонатору, лазерный луч, состоящий из нескольких волн с разными частотами, которые соответствуют разным частям спектра, симметрично расщепляется. Частоты, или цвета, фотонов оказываются связанными.

Международный коллектив ученых под руководством Роберто Морандотти, профессора канадского Национального научно-исследовательского института в Квебеке и Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, разработал оптический чип, способный стабильно генерировать многомерно запутанные фотоны и управлять ими. Рождающиеся частицы находятся сразу в сотне различных состояний, и в перспективе это число можно увеличить на два порядка. В статье для журнала Nature команда демонстрирует, что такая многомерность фотонов упрочняет их связь между собой, а значит, повышает стабильность оптического сигнала.
Ученые разных стран трудятся над созданием квантового компьютера с 80-х годов прошлого века. Созданы десятки перспективных прототипов, но все они еще далеки от того идеала, что представляется исследователям в области квантовых вычислений. По мнению научного сообщества, оптический компьютер сможет обрабатывать гигантские массивы данных за считанные секунды. Такие операции, как поиск новых химических формул для лекарств, моделирование сложных киберфизических систем и производственных процессов, расчет столкновений частиц на ускорителях, потребуют не больше времени, чем нужно для запуска игры GTA на современном компьютере.
Основная трудность при разработке квантового устройства в нестабильности связи между сцепленными, или запутанными, фотонами, на которых оно работает. До сих пор оптические микросхемы не могли в поточном режиме генерировать и обрабатывать запутанные более чем в нескольких измерениях частицы – кудиты. Однако такой чип создали исследователи из Центра энергии, материалов и телекоммуникаций Национального научно-исследовательского института (INRS-EMT) в Квебеке и научных организаций Италии, Китая, Великобритании и России.
Созданием устройства руководил профессор INRS-EMT и Университета ИТМО в Санкт-Петербурге Роберто Морандотти (Roberto Morandotti). Работа также поддержана грантом Правительства РФ по программе ITMO Fellowship, в рамках которой канадский ученый преподает и ведет исследования в российском вузе.

«С новым чипом мы смогли генерировать многомерные квантовые системы, проще говоря, пары запутанных фотонов, способные находиться, по меньшей мере, в сотне состояний. Однако наш подход позволит легко расширить количество возможных состояний до 9000, что эквивалентно примерно двенадцати кубитам, которыми сейчас оперируют более сложные и дорогостоящие устройства», – сообщает Роберто Морандотти.

Чем больше характеристик двух фотонов сцеплено друг с другом, тем сильнее частицы связаны на фундаментальном уровне и тем выше информационная емкость единичных фотонов, скорость квантовых вычислений и стабильность сигнала. С этой точки зрения, кодирование квантовых состояний с помощью световых частот – перспективный подход.
Кроме того, технология совместима с существующими оптоволоконными сетями.

Источник: http://news.ifmo.ru/ru/science/photonics/news/6775/