Представлена первая интегральная фотонная микросхема, способная оперировать отдельными атомами

Электронные интегральные микросхемы — фундамент технологических сдвигов, которые сделали возможным появление того устройства, на котором вы сейчас это читаете...

Фотонный эквивалент интегральной схемы разработать не проще, но и пользы от него не меньше. Правда, пока, несмотря на все успехи этого направления, о зрелости фотонных интегральных схем говорить не приходится.

Данные по оптоволокну поступают к волноводу из нитрида кремния, а от него — к той части интегральной схемы, где находятся атомы цезия. (Иллюстрация H. J. Kimble et al.)

Джефф Кимбл (Jeff Kimble) из Калифорнийского технологического института (США) вместе с коллегами построил первый образец фотонной интегральной схемы, которая способна оперировать отдельными атомами и при этом сравнительно дёшева в изготовлении и проста в использовании. «Мы сообщаем о создании первой интегрированной оптической схемы с фотонным кристаллом, которая может не только локализовать атомы, но и взаимодействовать с ними при помощи управляемых фотонов», — подчёркивает он.

По сути, новинка является фотонным кристаллом из нитрида кремния, функционирующим как волновод для пучка лазерного излучения. Особенность в том, что, управляя светом от лазера, волновод настраивает его таким образом, чтобы после поглощения этого излучения атомами цезия и его последующего рассеивания возникали силы, при помощи которых можно поймать в ловушку отдельные атомы и затем управлять ими. Поэтому, кроме фотонных кристаллов, в схему включено и некоторое количество атомов цезия — впрочем, весьма малое по общему весу этого недешёвого вещества.

Пропустив устройство через ряд экспериментов, его создатели убедились: фотонная интегральная схема, управляющая отдельными атомами, вполне работоспособна и обладает мощным потенциалом.

Среди самых многообещающих практических приложений (кроме, разумеется, повышения плотности записи информации) — использование новинки в качестве элементной базы квантовых компьютеров и квантовой же коммуникации. При помощи фотонов новые интегральные схемы легко записывают и перезаписывают информацию на отдельных атомах, что значительно миниатюризует базовый носитель относительно нынешней электроники, всё ещё работающей с элементами, каждый из которых состоит из огромного количества атомов.

Для фундаментальной науки разработка также представляет непосредственный интерес: отныне взаимодействие света с отдельными атомами можно изучать не в продвинутой оптической лаборатории, а в любом научном центре, имеющем интегральные фотонные схемы. Ну а те, к слову, обещают быть как сравнительно дешёвыми, так и куда более компактными и недорогими в эксплуатации.

Препринт исследования можно полистать здесь.

Подготовлено по материалам Technology Review.