Створена найскладніша на сьогоднішній день квантова система-на-чіпі
Те, що ви бачите на наведеному вище знімку, виглядає непривабливим і незрозумілим для більшості людей. Тим не менш, ви дивитеся на найбільш складну на сьогоднішній день інтегровану квантову схему, виготовлену на загальній підкладці і всі елементи якої складаються з одного матеріалу. Функція цієї схеми досить проста, ця схема виробляє пари одиничних фотонів і одночасно заплутує їх на квантовому рівні. І, слід зазначити, що саме функція цієї схеми може стати основою для створення більш складних схем майбутніх квантових комп'ютерів та інших пристроїв.
Це експериментальне квантове пристрій було розроблено групою, до складу якої увійшли вчені з Японії, Великобританії і Нідерландів. На кремниевом чіпі містяться два джерела одиничних фотонів, які працюють за допомогою світла зовнішнього лазера. Фотони, що вироблені цими джерелами, проходять ретельно вивірений шлях по певних траєкторіях, дотичні один з одним, що дозволяє надійно заплутати їх на квантовому рівні.
Слід нагадати нашим читачам, що явище квантової заплутаності полягає в тому, що коли в результаті якого-небудь зовнішнього впливу змінюється квантовий стан однієї з заплутаних часток, то ці зміни проявляються і у квантовому стані другий заплутаною частинки. При цьому, зміни квантового стану відбувається абсолютно синхронно і не залежать від відстані, що розділяє заплутані частинки, які можуть знаходитися майже поруч один з одним або ж перебувати в протилежних куточках Всесвіту. Саме явище квантової заплутаності є тим ключем, який дозволяє використовувати закони квантової механіки для передачі та обробки інформації зі швидкістю, що у багато разів перевищує швидкість роботи самих потужних сучасних суперкомп'ютерів.
Незважаючи на таку уявну простоту квантового пристрою, вченим вдалося, створюючи його, вирішити масу найважчих завдань технічного плану. По-перше, для того, щоб надійно заплутатися на квантовому рівні частки, в даному випадку фотони світла, повинні бути максимально ідентичні. По-друге, в цьому пристрої вченим вдалося реалізувати деякі принципи управління глибиною квантової заплутаності фотонів і подальшого неруйнівного зчитування їх квантового стану.
"Джерела світла, розташовані на чіпі, синхронно виробляють практично однакові фотони світла, які заплутуються на квантовому рівні під час проходження подальшого шляху. Ми вводимо промінь лазерного світла на чіп і розбиваємо його на два промені, які висвітлюють дві окремі області, які стають джерелами вторинних фотонів світла. Ці промені вторинного квантового світу проходять кожен по своєму шляху, має строго певну довжину. Довжина шляху одного з променів може бути змінений за допомогою зміни температури одного з хвилеводів, а це використовується для регулювання глибини квантової заплутаності. Врешті-решт обидва промені перетинаються, в цій точці вступають в силу закони квантової механіки і фотони світла обох променів заплутуються на квантовому рівні", - розповідає Марк Томпсон (Mark Thompson), вчений з Брістольського університету (University of Bristol), Великобританія.
Повторюючись ще раз, варто зазначити, що вченим вдалося створити те, що по суті є найскладнішою на сьогоднішній день квантової схемою, системою-на-чіпі, що виконує одну закінчену функцію. У тому вигляді, в якому ця система зараз існує, її вже можна буде використовувати для організації квантових оптичних комунікаційних каналів на основі оптоволокна, але, для того, щоб створити для цього реальне закінчений пристрій, вченим знадобиться ще деякий час. Тим часом ця ж група вчених вже планує створення чергової квантової системи-на-чіпі, яка буде мати досить складну структуру і виконувати більш складні функції для квантової передачі і обробки інформації.