Nanokomponent er et kvantespring for danske fysikere

Forskere fra Københavns Universitet har udviklet en nanokomponent, der udsender lyspartikler med kvanteinformation. Mindre end en tiendedel af bredden af ​​et menneskehår, den minimale komponent gør det muligt at skalere op og kan i sidste ende nå de kapaciteter, der kræves for en kvantecomputer eller kvanteinternet. Forskningsresultatet sætter Danmark i spidsen for flokken i kvantekapløbet.

Hold rundt om i verden arbejder på at udvikle kvanteteknologier. Fokus for forskere med base ved Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q) ved Københavns Universitets Niels Bohr Institute er at udvikle kvantekommunikationsteknologi baseret på lyskredsløb, kendt som nanofotoniske kredsløb. KU-forskerne har nu opnået et stort fremskridt.

"Det er et virkelig stort resultat, selvom komponenten er så lille, " siger adjunkt Leonardo Midolo, som har arbejdet hen imod dette gennembrud i de sidste fem år.

Forskerholdet har opfundet en komponent, kaldet en nanomekanisk router, der udsender kvanteinformation båret af lyspartikler (fotoner) og dirigerer dem i forskellige retninger inde i en fotonisk chip. Fotoniske chips er som computermikrochips - kun, de bruger lys i stedet for elektroner. Komponenten fusionerer nano-opto-mekanik og kvantefotonik - to forskningsområder, der, indtil nu, har aldrig været kombineret. Mest spektakulært af alt er størrelsen af ​​komponenten, kun en tiendedel af et menneskehår. Det er denne mikroskopiske størrelse, der gør den så lovende til fremtidige anvendelser.

"At bringe verdener inden for nanomekanik og kvantefotonik sammen er en måde at opskalere kvanteteknologi på. Inden for kvantefysik, det har været en udfordring at skalere systemer. Indtil nu, vi har været i stand til at sende individuelle fotoner ud. Imidlertid, at gøre mere avancerede ting med kvantefysik, vi bliver nødt til at skalere systemerne op, hvilket er, hvad denne opfindelse tillader. For at bygge en kvantecomputer eller kvanteinternet, du behøver ikke kun én foton ad gangen, du har brug for masser af fotoner på samme tid, som du kan forbinde til hinanden, " forklarer Leonardo Midolo.

At opnå 'kvanteoverherredømme' er realistisk

At udnytte kvantemekaniske love, f.eks. at bygge en kvantecomputer eller et kvanteinternet, mange nanomekaniske routere skal integreres i den samme chip. Omkring 50 fotoner er nødvendige for at have nok kraft til at opnå det, der er kendt som "kvanteoverherredømme". Ifølge Midolo, den nye nanomekaniske router gør det til et realistisk mål.

"Vi har beregnet, at vores nanomekaniske router allerede kan skaleres op til ti fotoner, og med yderligere forbedringer, den burde være i stand til at opnå de 50 fotoner, der er nødvendige for at nå 'kvanteoverherredømme'."

Opfindelsen er også et stort spring fremad med hensyn til at kontrollere lys i en chip. Eksisterende teknologi giver mulighed for, at kun få routere kan integreres på en enkelt chip på grund af det store enhedsfodaftryk. Nanomekaniske routere, tværtimod, er så små, at flere tusinde kan integreres i samme chip.

"Vores komponent er ekstremt effektiv. Det handler om at kunne udsende mange fotoner på én gang, uden at miste nogen af ​​dem. Ingen anden nuværende teknik tillader dette, " siger Leonardo Midolo.

Forskningen udføres i Quantum Photonics Group på Niels Bohr Institutet, som er en del af det nyetablerede Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q)