Вчені створили ще один стандартний блок для побудови квантових мереж майбутнього
Ще одна нова методика побудови квантових мереж передачі даних була розроблена командою вчених з Каліфорнійського технологічного університету, компанії Hewlett Packard і Вашингтонського університету. В оптичних квантових мережах інформація передається за допомогою одиничних фотонів світла, що дозволяє виконати обробку інформації в мільйони разів швидше, ніж це можливо на сьогоднішній день. І одним із ключових елементів таких високошвидкісних мереж і квантових комп'ютерів може стати нове квантове пристрій на основі атома азоту в кристалі алмазу, поєднане з оптичним резонатором і оптичним хвилеводом. При необхідності таке універсальне пристрій може стати осередком пам'яті або елементарним логічним елементом, квантовим бітом, за допомогою якого буде виконуватися обробка квантової інформації.
Включення одного атома азоту в кристалічну решітку алмазу призводить до появи дефекту кристалічної решітки, що виражається у відсутності одного атома вуглецю поруч з атомом азоту. Цей дефект має властивості окремої частинки, здатної до прояву фотолюмінесценції, поглинання фотона світла і подальшого випромінювання нового фотона з визначеною довжиною хвилі і іншими характеристиками.
Квантовий біт на основі азотної вакансії працює при температурі близько 10 градусів за шкалою Кельвіна. Для ініціації явища фотолюмінесценції використовується світло зеленого лазера, а оптичний фотонний хвилевід дозволяє направити отримані заплутані фотони світла в необхідному напрямку. Всі квантове пристрій в цілому виготовлено всередині алмазної мембрани, товщиною 300 нанометрів.
Випускаються в результаті фотолюмінесценції фотони ще особливі тим, що вони заплутані на квантовому рівні з азотною псевдо-часткою у кристалі алмазу. На жаль, використовуючи традиційні нормальні джерела світла неможливо отримати фотон, заплутаний з самим джерелом світла. Таке унікальне властивість азотної вакансії в алмазі дозволяє реалізувати абсолютно нові технології квантової передачі і обробки інформації.
"Однією з основних задач квантової фотоніки є створення мереж передачі даних, у яких оптичні квантові приймально-передавачі зв'язуються один з одним за допомогою заплутаних з ними фотонів" - розповідає професор Андрій Фараон, один з провідних вчених цього проекту, - "Цією роботою ми демонструємо перший крок на шляху створення квантових мереж та квантових комп'ютерів, заснованих на абсолютно нових принципах. Основою цих принципів є передача інформації за допомогою одиничних фотонів і азотних вакансій, сполучених з оптичним резонатором і хвилеводом. Ми сподіваємося, що численні такі квантові пристрої стануть "елементарними цеглинками", з яких будуть створюватися складні квантово-фотонні ланцюга на поверхні єдиних чіпів".
"Всі переваги розроблених нами елементарних квантових пристроїв полягає в тому, що їх безперешкодно можна виготовляти будь-яких великих кількостях. До останнього часу всі спроби створити квантові пристрої придатні для масового виробництва не виходили за межі лабораторій, залишаючись лише науковими дослідженнями. Нам вдалося пробитися через цей бар'єр, але нам належить виконати ще чимало робіт, перш ніж наші квантові пристрої зможуть надійно працювати при більш високій температурі".