Quantum fotonik efter serendipitet

En fotonisk chip med ikke mindre end 128 indstillelige komponenter viser sig at være en ægte computer "schweizisk hærkniv" med en række forskellige applikationer. Under hendes forskning om måling af lysbølgelængder ved hjælp af denne fotoniske chip, Caterina Taballione fra University of Twente stødte på endnu en anden applikation på alvor - ved at sende enkelte fotoner gennem systemet i stedet for kontinuerligt lys, de optiske komponenter kan udføre kvanteoperationer, såvel. Den samme chip fungerer som en fotonisk kvanteprocessor.

Manipulering af lys på en chip er nu mulig på et meget avanceret niveau, især ved hjælp af kombinationer af materialer. Forskere kan bygge optiske bølgeledere med meget lave tab ved hjælp af siliciumnitrid, eller meget snævre laserlyskilder ved hjælp af indiumphosphid. Chippen Caterina Taballione præsenterer i sit speciale indeholder mange komponenter, der enten kan splitte eller kombinere lyset i og fra separate kanaler, ligner en skinnegård. Det har også ringformede resonatorer, der kan fungere som et filter. Styrken ligger i, at komponenterne kan styres udefra, gør chippen fleksibel og programmerbar. Det har også applikationer inden for kvantefotonik.

Temperaturregulering

Komponenterne styres via temperatur. Chippen har mange såkaldte Mach-Zehnder-interferometre, der kan dele lys fra en til to lysledende kanaler-bølgeledere. Inden begge kanaler slutter sig igen, en af ​​dem kan styres ved at anvende en temperaturvariation. Resultatet er, at signalerne fra begge kanaler ikke er de samme:De har forskellige faser. De ringformede komponenter kan også temperaturkontrolleres. På denne måde, Taballione var i stand til at præsentere en meget præcis måde at måle lysets bølgelængder på. For det, hun kombinerer temperaturkontrollen til et kunstigt neuralt netværk.

5G

Systemet er meget rekonfigurerbart. Dette gør den anvendelig i den kommende 5G -mobilstandard. I denne standard, trådløse signaler skal dirigeres fra en basestation til en bruger meget præcist. Beregning af den bedste kombination af antenner til at gøre dette, kaldet "stråledannelse, "er typisk en opgave, som den nye chip hurtigt kan udføre, med høj energieffektivitet.

Kvantbehandling

Disse er alle kraftfulde applikationer, der viser den fotoniske chips potentiale. Men hvad med tilfældet med separat påviselige enkeltfotoner ved indgangene i stedet for en kontinuerlig lyskilde? I det tilfælde, komponenterne understøtter typiske kvanteeffekter som koalescens, sammenfiltring og superposition. De fotoner, der detekteres ved output, er resultatet af kvantebehandling ved hjælp af temperaturkontrol af komponenterne. Selvom en enkelt foton lyskilde og detektor typisk fungerer ved lave temperaturer, selve kvanteprocessoren fungerer ved stuetemperatur.

Quantum computing ved hjælp af fotoner, derfor, har en fordel i forhold til brugen af ​​qubits, som kun virker ved meget kolde temperaturer. Dette gør chippen til en kraftfuld platform til kvanteeksperimenter, især når antallet af input og output er yderligere forstørret, og dermed, antallet af komponenter. Inklusiv en enkelt foton lyskilde og detektor ville også gøre systemet mere kraftfuldt. De involverede UT -forskere grundlagde derfor et nyt firma kaldet QuiX, at gøre chippen bredt tilgængelig for andre forskere og F &U -afdelinger.