Yhden fotonin emittereitä piille

16.03.2023

HZDR-yksi-fotoni-emitteri-piille-250.pngLähitulevaisuudessa kvanttitietokoneiden odotetaan mullistavan laskentatapaamme. Mutta tällaisten uusien kvanttiteknologian sovellusten saavuttamiseksi tarvitaan integroituja fotonipiirejä, jotka voivat tehokkaasti ohjata fotonisia kvanttitiloja – eli kubitteja.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorfin (HZDR), TU Dresdenin ja Leibniz-Institut für Kristallzüchtungin (IKZ) fyysikot ovat tehneet läpimurron tällaisessa hankkeessa: he osoittivat ensimmäistä kertaa yksittäisten fotonien säteilijöiden hallitun luomisen piille nanomittakaavassa.

Kvanttifotoniikan fotoniset sirut muuttavat tätä maisemaa radikaalisti. Miniatyrisointi, vakaus ja massatuotantoon soveltuvuus saattavat tehdä niistä nykyajan kvanttifotoniikan työhevosen.

Yksifotonisten lähteiden monoliittinen integrointi hallittavalla tavalla antaisi resurssitehokkaan reitin miljoonien fotonisten kubittien toteuttamiseen fotonisissa integroiduissa piireissä. Kvanttilaskentaprotokollien suorittamiseksi näiden fotonien on oltava toisistaan erottumattomia.

Menettelyn avulla teollisen mittakaavan fotonisten kvanttiprosessorien tuotanto tulisi mahdolliseksi. Melkoinen osa muista kryogeenisiin kvanttifotonisiin piireihin tarvittavista komponenteista, kuten suprajohtavat yhden fotonin ilmaisimet, viivelinjat, modulaattorit ja vaiheensiirtimet ovat jo nykyään saatavilla.

Tällä hetkellä vakiintunut valmistusmenetelmä on kuitenkin esteenä tämän lupaavan konseptin yhteensopivuudelle nykypäivän puolijohdeteknologian kanssa.

Noin kaksi vuotta sitten tutkijat pystyivät jo generoimaan yksittäisiä fotoneja piikiekolle, mutta vain satunnaisella ja ei-skaalautuvalla tavalla.

"Nyt osoitamme, kuinka nestemäisten metalliseosten ionilähteistä peräisin olevia fokusoituja ionisäteitä käytetään sijoittamaan yksifotoniset säteilijät haluttuihin paikkoihin kiekolle samalla, kun saavutetaan korkea saanto ja korkea spektrilaatu", sanoo fyysikko tohtori Nico Klingner.

Tiedemiehet ovat vakuuttuneita siitä, että yksittäisten fotonien säteilijöiden hallittavan valmistuksen toteuttaminen piissä tekee niistä erittäin lupaavan ehdokkaan fotonikvanttiteknologioille, joiden valmistusreitti on yhteensopiva erittäin laajamittaisen integraation kanssa. Nämä yksifotoniset emitterit ovat nyt teknisesti valmiita puolijohdetehtaiden tuotantoon ja liitettäviksi olemassa olevaan tietoliikenneinfrastruktuuriin.

Tuloksemme mahdollistavat kvanttitasoisten fotonisten integroitujen piirien suoran toteuttamisen monoliittisesti integroiduilla yksifotonisilla sähköisesti ohjatuilla lähteillä.

Aiheesta aiemmin:

Piiperustaisia yhden fotonin lähteitä
Kvanttifotoninen prosessori
16.05.2024Hybridilomittuminen tehostaa kvanttiteleportaatiota
15.05.2024Säilölaskentaa molekyyleillä ja keinolihaksilla
14.05.2024Muisti ferrosähköisestä ja ferromagneettisesta alueista
13.05.2024Metamateriaalia analogiseen optiseen laskentaan
10.05.2024Elektronit vauhdikkaina kaksiulotteisissa polymeereissä
09.05.2024Entistä tehokkaampia dielektrisiä kondensaattoreita
08.05.2024Elektronikanavia ilman resistanssia
07.05.2024Uusia kehitysnäkymiä kvanttitietotekniikalle
06.05.2024Mikrobeja torjuva kuparipinta kosketusnäytöille?
04.05.2024Kuinka valo voi höyrystää vettä ilman lämpöä

Siirry arkistoon »