Næste skridt mod kvante netværk baseret på mikromekaniske stråler

I de seneste år, nanofabricerede mekaniske oscillatorer er dukket op som en lovende platform for kvanteinformationsapplikationer. Kvantesammenfiltring af konstruerede optomekaniske resonatorer ville tilbyde en overbevisende rute mod skalerbare kvantenetværk. Forskere ved TU Delft og Universitetet i Wien har nu observeret denne sammenfiltring og rapporterer deres resultater i denne uges udgave af Natur .

Vibrationer opfører sig som bølger, men kvantemekanikken forudsiger også, at bølgebevægelse består af små diskrete energipakker kaldet fononer. I september 2017, forskerteamet ved TU Delft og Universitetet i Wien demonstrerede et nyt niveau af kvantekontrol over disse vibrationer ved hjælp af laserpulser. De skabte individuelle fonon -excitationer og bekræftede deres fundamentale partikelaspekt. Oprettelsen og verifikationen af ​​disse enkeltfononer var et vigtigt skridt mod fuld optisk kvantestyring af mekanisk bevægelse.

Nu, de har taget et vigtigt næste skridt ved at skabe sammenfiltring mellem to sådanne mikromekaniske resonatorer medieret af 'telecom' -fotoner. Forvikling er berømt kendt som den "uhyggelige handling på afstand" mellem to objekter, der kun kan beskrives med kvanteteori.

"Forvikling er en afgørende ressource for kvantekommunikationsnetværk, "siger prof. Simon Gröblacher fra Kavli Institute of Nanoscience på TU Delft." Særligt vigtigt er evnen til at fordele sammenfiltring mellem fjerntliggende kvantehukommelser. Tidligere erkendelser har brugt systemer som atomer indlejret i hulrum, men her, vi introducerer en rent nanofabrikeret solid-state platform i form af chipbaserede mikroresonatorer-små siliciumstråler, der samtidig begrænser lys og vibrationer. Ved at udvide kontrollen af ​​enkelt mekanisk kvante til flere enheder, vi viser sammenfiltring mellem sådanne mikromekaniske enheder på to chips, der er adskilt med 20 cm. "

De anvendte enheder består af mikrometerstørrelse af siliciumbjælker. De er mønstret på en sådan måde, at deres vibrationer kan 'skrives' på laserpulser, der rejser gennem dem og omvendt. De vibrerende stråler består af 8 milliarder atomer hver, er på størrelse med en celle og kan derfor let ses med et forstørrelsesglas eller mikroskop.

"Nanomaskinede optomekaniske enheder er en meget lovende platform for integreret kvanteinformationsbehandling med fononer, som systemets parametre, ligesom optisk konverteringsbølgelængde og kvantehukommelsestider, kan frit skræddersyes gennem designet. For eksempel, vi valgte bevidst enhedens optiske bølgelængde til at være i telekommunikationsbåndet, som typisk bruges til distribution af internet med høj båndbredde. Derved, vi viser, at kvante netværk kunne konstrueres ved hjælp af konventionel fiberoptik i kombination med vores enheder, "siger dr. Sungkun Hong fra universitetet i Wien.

En anden vigtig fordel er, at deres enheder kan integreres på en chip sammen med andre solid-state kvantesystemer. Forfatterne, for eksempel, forventer, at deres enheder potentielt kan have grænseflade med superledende kvantekredsløb og bruges som kvante "ethernetporte", der overfører kvanteinformation mellem kredsløbene og optiske signaler.

"Det næste trin vil være at bygge et netværk bestående af flere bjælker og arbejde over hundredvis af meter, måske endda flere kilometer, får os tættere på at realisere et system, end det kan bruges til rigtige kvanteprogrammer, "siger prof. Gröblacher." Vi ser ingen grundlæggende forhindringer i at tage disse skridt i de næste par år. "