Varmefri optisk switch ville muliggøre optiske kvantecomputerchips

I et potentielt løft for kvanteberegning og kommunikation, et europæisk forskningssamarbejde rapporterede om en ny metode til at kontrollere og manipulere enkelte fotoner uden at generere varme. Løsningen gør det muligt at integrere optiske switche og enkeltfoton-detektorer i en enkelt chip.

Udgiver i Naturkommunikation , holdet rapporterede at have udviklet en optisk kontakt, der er omkonfigureret med mikroskopisk mekanisk bevægelse frem for varme, gør kontakten kompatibel med varmefølsomme enkeltfoton-detektorer.

Optiske afbrydere, der er i brug i dag, fungerer ved lokalt at opvarme lysledere inde i en halvlederchip. "Denne tilgang virker ikke for kvanteoptik, " siger medforfatter Samuel Gyger, en ph.d. studerende ved KTH Royal Institute of Technology i Stockholm.

"Fordi vi ønsker at detektere hver enkelt foton, vi bruger kvantedetektorer, der virker ved at måle den varme, en enkelt foton genererer, når den absorberes af et superledende materiale, " siger Gyger. "Hvis vi bruger traditionelle kontakter, vores detektorer vil blive oversvømmet af varme, og fungerer derfor slet ikke."

Den nye metode gør det muligt at styre enkeltfotoner uden den ulempe at opvarme en halvlederchip og derved gøre enkeltfotondetektorer ubrugelige, siger Carlos Errando Herranz, som udtænkte forskningsidéen og ledede arbejdet på KTH som en del af European Quantum Flagship-projektet, S2QUIP.

Ved hjælp af mikroelektromekanisk (MEMS) aktivering, Løsningen muliggør optisk switching og fotondetektion på en enkelt halvlederchip, samtidig med at de kolde temperaturer, der kræves af enkeltfoton-detektorer, opretholdes.

"Vores teknologi vil hjælpe med at forbinde alle byggeklodser, der kræves til integrerede optiske kredsløb til kvanteteknologier, " siger Errando Herranz.

"Kvanteteknologier vil muliggøre sikker beskedkryptering og beregningsmetoder, der løser problemer, som nutidens computere ikke kan, "siger han." Og de vil levere simuleringsværktøjer, der sætter os i stand til at forstå grundlæggende naturlove, som kan føre til nye materialer og medicin. "

Gruppen vil videreudvikle teknologien for at gøre den kompatibel med typisk elektronik, hvilket vil involvere at reducere de spændinger, der bruges i forsøgsopstillingen.

Errando Herranz siger, at gruppen sigter mod at integrere fremstillingsprocessen i halvlederstøberier, der allerede fremstiller on-chip optik - et nødvendigt skridt for at gøre kvanteoptiske kredsløb store nok til at opfylde nogle af løfterne fra kvanteteknologier.