Специалисты Вюрцбургского университета имени Юлиуса и Максимилиана добились значительного прогресса в развитии квантовых технологий, представив сверхбыстрый оптический фазовый модулятор с минимальными потерями. Этот инновационный фотонный чип, обеспечивающий прецизионное управление квантовым светом, потенциально может стать важной составляющей для разработки квантовых фотонных схем, пригодных для масштабирования, и способствовать более быстрому переходу от экспериментальных исследований к реальным квантовым приложениям.
Группа исследователей во главе с профессором Андреасом Пфеннингом нашла решение одной из наиболее сложных проблем в области квантовых вычислений: поддержание стабильности деликатных квантовых состояний света. В то время как в классической оптоволоконной связи допустимы определенные потери, для квантовых технологий необходимы устройства, обеспечивающие высокую скорость работы и при этом характеризующиеся минимальными оптическими потерями и уровнем шума. Для достижения этой цели ученые создали инновационную платформу, объединив сегнетоэлектрический материал, титанат бария, с так называемой III-V фотоникой, которая традиционно применяется для создания квантового света на микрочипах.
Сохранение чистых сегнетоэлектрических свойств титаната бария потребовало от ученых разработки собственного метода выращивания кристаллов в условиях сверхвысокого вакуума. Процесс осуществлялся в чистых помещениях лаборатории нанотехнологий Готтфрида Ландвера. Используемая технология, называемая молекулярно-лучевой эпитаксией, позволила создать кристаллы, лишенные примесей, способных негативно повлиять на их особые электрооптические свойства.
В дополнение к фазовому модулятору, разработчики создают широкий спектр компонентов для фотонных квантовых схем, в том числе волноводы, соединительные элементы и интегрированные источники квантового света. Профессор Пфеннинг проводит аналогию с конструктором: наличие библиотеки проверенных деталей позволяет проектировать и быстро создавать сложные функциональные схемы для оперативного экспериментального исследования. Подобный модульный подход также предоставляет возможности для практического обучения студентов проектированию квантовых фотонных систем.
Несмотря на то, что разработка полностью масштабируемых квантовых компьютеров потребует значительного времени, уже в скором будущем новая технология может быть использована в различных сферах. Высокопроизводительные модуляторы с минимальными потерями необходимы для современной телекоммуникационной инфраструктуры и высокоскоростной оптической обработки сигналов, что способно стимулировать прогресс в этих направлениях.