Прогрессивные квантовые скачки – высокие

24 мая 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Тамараси Джевандара, Phys.org

Масштабируемые фотонные архитектуры квантовых вычислений требуют устройств фотонной обработки. Такие платформы основаны на высокоскоростных реконфигурируемых схемах с низкими потерями и генераторах почти детерминированных состояний ресурсов. В новом отчете, опубликованном в журнале Science Advances, Патрик Сунд и исследовательская группа из центра гибридных квантовых сетей Копенгагенского и Мюнстерского университетов разработали интегрированную фотонную платформу с тонкопленочным ниобатом лития. Ученые интегрировали платформу с детерминированными твердотельными источниками одиночных фотонов, используя квантовые точки в нанофотонных волноводах.

Они обрабатывали генерируемые фотоны в схемах с низкими потерями на скоростях в несколько гигагерц и экспериментально реализовали множество ключевых функций обработки фотонной квантовой информации в высокоскоростных схемах; с присущими ключевыми особенностями для разработки четырехмодовой универсальной фотонной схемы. Результаты иллюстрируют многообещающее направление в развитии масштабируемых квантовых технологий путем объединения интегрированной фотоники с твердотельными детерминированными источниками фотонов.

Квантовые технологии за последние несколько лет значительно продвинулись вперед, позволив квантовому оборудованию конкурировать и превосходить возможности классических суперкомпьютеров. Однако сложно регулировать квантовые системы в масштабе для различных практических приложений, а также формировать отказоустойчивые квантовые технологии.

Фотоника предоставляет многообещающую платформу для разблокировки масштабируемого квантового оборудования для квантовых сетей дальнего действия с взаимосвязями между несколькими квантовыми устройствами и фотонными схемами для квантовых вычислений и симуляционных экспериментов. Высококачественные фотонные состояния и быстрые программируемые схемы с низкими потерями лежат в основе центральной идеи фотонных квантовых технологий для маршрутизации и обработки приложений. Исследователи недавно разработали твердотельные квантовые эмиттеры, такие как квантовые точки, как почти идеальные, высокоэффективные источники неразличимых фотонов для реализации однофотонных источников по требованию.

В ходе этого исследования Сунд и его коллеги сосредоточили внимание на тонких пленках монокристаллического ниобата лития, прикрепленных к изолирующей подложке из диоксида кремния, как на многообещающей платформе из-за их сильных электрооптических свойств, высокой прозрачности и высокого индекса контрастности для формирования интегральных схем. Поскольку диапазон прозрачности материалов различался, они хорошо подходили для работы с различными твердотельными квантовыми эмиттерами и были совместимы для работы при криогенных температурах.

В этой работе команда впервые описала разработку многомодового ниобата лития на изоляторных схемах для обработки квантовой информации на уровне одиночных фотонов. Они достигли этого, используя схемы для регулирования и облегчения функционирования квантовых состояний света, излучаемого однофотонным источником квантовых точек. Команда ввела одиночные фотоны, излучаемые источником квантовых точек, интегрированным в волновод, в оптическую схему ниобата лития, чтобы продемонстрировать ключевые функциональные возможности, лежащие в основе обработки фотонной квантовой информации, такие как многофотонная интерференция в реконфигурируемой универсальной унитарной схеме.

Сунд и его коллеги проиллюстрировали геометрию, используемую для реализации одномодового ниобата лития на изоляторных волноводах. Они реализовали оптические схемы в виде ребристых волноводов с помощью электронно-лучевой литографии и травления аргоном пленки ниобата лития, наклеенной на подложку кремний-кремний.