Исследователи внедрили квантовые технологии в чипы

Потенциальные преимущества квантовых технологий огромны. Теоретически они позволяют в течение секунды выполнять такие непростые задачи, как моделирование сложных химических процессов или анализ огромных объёмов информации – при нынешнем уровне технологий на это понадобятся годы.

Подпись к изображению: Схема установки для измерения квантовой интерференции с помощью чипа

Однако, реализовать на практике эти технологии не так просто. Например, квантовые системы, состоящие из одиночных атомов или одиночных фотонов, чрезвычайно хрупки и подвержены любым воздействиям окружающей среды – в том числе, электрическим, магнитным и тепловым. Поэтому важно обеспечить защиту систем от влияния окружающей среды. В то же время ими надо управлять. Сегодня это возможно делать  в очень небольших масштабах, а такие факторы – как большие расходы и количество используемого оборудования — не позволяют контролировать несколько квантовых систем одновременно.

На пути к решению этой проблемы исследователи лаборатории профессора Хун Тана разработали нанотехнологический процесс создания кремниевого чипа, который содержит все компоненты, необходимые для квантовой обработки информации. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Два основных требования к масштабируемому квантовому информационному процессору это квантовая интерференция (в которой фотон – может одновременно находиться в нескольких местах, пересекая свой путь) и однофотонные детекторы. Созданный в лаборатории чип содержит нанофотонный волновод, который может направлять свет в ограниченные пространства на микросхеме — туда, куда необходимо. Он также имеет световой ответвитель, который может разделять пучок света на два идентичных луча или, наоборот, объединять два луча в один выходной сигнал.

«Сегодня мы используем для контроля квантовой системы крошечный кремниевый чип, а раньше для этого требовалась целая комната оборудования, — говорит один из руководителей исследования Карстен Шук. — Чтобы манипулировать другой квантовой системой нужно была ещё одно помещение и деньги, чтобы купить для него оборудование. А теперь, если я хочу манипулировать другим фотоном, достаточно поставить дополнительную схему на тот же самый кремниевый чип, что займёт пару лишних секунд в процессе нанопроизводства».