Kohti integroituja kvanttioptisia piirejä

KTH Royal Institute of Technology tutkijat ovat ottaneet merkittävän askeleen kohti optista kvantti-informaation prosessointia sirulla.

He ovat onnistuneet luomaan kyseisen järjestelmän rakennuspalikat integroimalla keinotekoisia atomeja (kvanttipisteitä) piipohjaisiin fotonisiin siruihin. Sitten he ovat generoineet ja suodattaneet yksittäisiä fotoneja sirulla ilman ulkoisien komponenttien käyttöä.

Kvanttitietokoneiden ja verkkojen odotetaan ylittävän nykyiset klassiset tietokoneet ja verkot. Niiden mahdollisiin sovelluksiin kuuluvat energiatehokas laskenta, tunnistus ja turvallinen viestintä. Aiheessa on kuitenkin haasteita voitettavana.

Aiemmin oli erittäin vaikeaa eristää kvanttipisteitä ja sijoittaa ne hyödylliseen piiriin, koska ne kasvatetaan satunnaisesti ilman kunnollista ominaisuuksien ja aseman hallintaa piirissä. Lisäksi on vaikeaa tuottaa yksittäisiä fotoneja samalla sirulla ilman ulkoista suodatusta poistamaan kaikki kvanttiemittereistä ja taustavalosta tulevat ei-toivotut signaalit, toteaa tutkija Ali Elshaari.

Professorien Val Zwillerin ja Klaus D. Jönsin johtama tutkimusryhmä käytti uudenlaista nanomanipulaatiotekniikkaa siirtämään valitut ja ennalta karakterisoidut yksittäisien fotoniemitterit piisirulle. Tyhmä rakensi sitten integroidun optisen piirin suodattamaan yksittäisen fotoneja ja multipleksoimaan niitä.

"Jotta saavutettaisiin toimiva integroitu kvanttipiiri, sen komponentit on rakennettava deterministisesti", Elshaari sanoo. "Tämä tarkoittaa, että jokainen piirikomponentti on huolellisesti suunniteltu ja optimoitu suorittamaan tietty tehtävä. Ei ole tilaa satunnaisuudelle tai sattumalle, toisin kuin aikaisemmissa lähestymistavoissa."

Kyseessä on uudenlainen hybridi lähestymistapa, jossa yhdistyy kaksi puolijohdeteknologiaa, III-V-tekniikka nanolankapohjaisten kvanttiemittereiden muodossa ja piiteteknologia integroidun optisen piirin muodossa.