Шаг к масштабируемому квантовому интернету: ученые разработали новый фотонный чип

Ученые из Ок-Риджской национальной лаборатории совершили прорыв в области масштабируемого квантового интернета, создав чип, который объединяет ключевые элементы квантово-фотонных технологий.

Этот чип предназначен для генерации и управления запутанными фотонами, что открывает новые горизонты для передачи квантовой информации через существующую оптоволоконную инфраструктуру. Благодаря возможности массового производства чипов, стоимость и сложность развертывания квантовых сетей значительно снижаются.

Исследование, опубликованное в журнале Optica Quantum, посвящено квантовым вычислениям с использованием фотонов, которые могут существовать в нескольких состояниях одновременно благодаря квантовой суперпозиции. Это позволяет более сложным образом кодировать информацию и создавать основу для квантовых сетей, связывающих устройства на больших расстояниях.

Ведущий автор исследования Джо Люкенс отметил, что это первый чип, объединяющий такие функции на одной платформе. Благодаря стандартизации спецификаций, открывается путь к массовому производству, что делает квантовый интернет более доступным для широкого круга пользователей. Чип генерирует запутанные пары кубитов, используя поляризационное кодирование — важный элемент различных квантовых сетей.

Фотонные кубиты, создаваемые чипом, могут передаваться по существующей оптоволоконной инфраструктуре, что исключает необходимость дорогостоящего обновления оборудования.

В основе чипа лежат микрообручевые резонаторы, которые генерируют пары запутанных фотонов, и поляризационные разделители-вращатели, направляющие световые потоки. Интеграция этих элементов на одном чипе обеспечивает эффективное создание поляризационной запутанности на широком диапазоне длин волн.

Чип продемонстрировал рекордную способность передавать более 116 каналов света, из которых более 100 отличались высокой точностью. В будущем планируется использовать гиперзапутанность кубитов, когда они будут запутаны по нескольким параметрам, таким как цвет и поляризация, что значительно расширит их возможности применения.

Ок-Риджская национальная лаборатория (ORNL) — многопрофильная научно-техническая лаборатория в США, управляемая Министерством энергетики. Она играет ведущую роль в исследованиях в области энергетики, нейтронных наук, высокопроизводительных вычислений и материаловедения.