Интегрированная фотоника, манипулирующая светом в крошечных цепочках на кремниевых чипах, является перспективной для квантовых приложений благодаря своей масштабируемости и совместимости с существующей телекоммуникационной инфраструктурой. Новая разработка позволяет распараллеливать и независимо управлять 34 одиночными кубит-вентилями с помощью трех стандартных электрооптических устройств. Устройство может эффективно генерировать пары запутанных по частоте фотонов, которыми легко манипулировать, – это важнейшие компоненты при построении квантовых сетей.
Ключевое новшество заключается в их способности использовать эти узкие частотные интервалы для создания квантовых состояний и управления ими. Используя встроенные кольцевые резонаторы, исследователи успешно генерировали частотно-зависимые состояния с помощью процесса, известного как спонтанное четырехволновое смешение. Этот метод позволяет фотонам взаимодействовать и запутываться, что является важнейшей возможностью для построения квантовых схем.
Новая разработка также масштабируема; используя точное управление, обеспечиваемое кремниевыми резонаторами, исследователи продемонстрировали одновременную работу 34 одиночных кубитных вентилей с использованием трех готовых электрооптических устройств. Это позволяет создавать сложные квантовые сети, в которых несколькими кубитами можно управлять независимо и параллельно.
Чтобы подтвердить правильность своего подхода, исследователи провели эксперименты в C2N, которые показали результаты квантовой томографии 17 пар максимально запутанных кубитов в разных частотных диапазонах. Это подробное исследование подтвердило точность и согласованность их квантовых состояний, что стало шагом на пути к практическим квантовым вычислениям.
Исследователи также создали то, что, по их мнению, является первой полностью подключенной квантовой сетью с пятью пользователями в частотной области. Это может открыть новые возможности для протоколов квантовой связи, которые основаны на безопасной передаче информации, закодированной в квантовых состояниях.
Это исследование демонстрирует возможности кремниевой фотоники в продвижении квантовых технологий, а также открывает путь для будущих применений в квантовых вычислениях и защищенной связи. С дальнейшим развитием эти интегрированные платформы фотоники могут расширить возможности отраслей, зависящих от безопасной передачи данных, предлагая более высокие уровни вычислительной мощности и безопасности данных.
«Наша работа показывает, как частотный диапазон может быть использован для крупномасштабных приложений в области квантовой информации. Мы считаем, что это открывает перспективы для масштабируемых архитектур в частотной области для многомерных и ресурсосберегающих квантовых коммуникаций», – сказал доктор Антуан Анри из C2N и Télécom Paris.
Одиночные фотоны на телекоммуникационных длинах волн также подходят для реальных приложений, использующих существующие волоконно-оптические сети.
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
