Kvanttivalolähde sirulle ja skaalautuvuutta kvanttipilveen

Kansainvälinen tutkijaryhmä Leibnizin yliopistosta Hannoverista, Twenten yliopistosta ja start-up-yrityksestä QuiX Quantumista on esitellyt täysin sirulle integroidun lomittuneen kvanttivalon lähteen.

"Läpimurtomme antoi meille mahdollisuuden pienentää lähteen kokoa tuhatkertaisesti, mikä mahdollistaa toistettavuuden, vakauden pidemmän ajan kuluessa, skaalauksen ja mahdollisesti massatuotannon. Kaikki nämä ominaisuudet vaaditaan tosielämän sovelluksissa, kuten kvanttiprosessoreissa," sanoo professori Michael Kues Hannoverin Leibniz yliopistosta.

"Tähän asti kvanttivalonlähteet vaativat ulkoisia, sirun ulkopuolisia ja tilaa vieviä laserjärjestelmiä, mikä rajoittaa niiden käyttöä kentällä. Voitimme kuitenkin nämä haasteet uudella sirusuunnittelulla ja hyödyntämällä erilaisia integroituja alustoja", sanoo Ph.D. opiskelija Hatam Mahmudlu. Heidän uusi kehitystyönsä, sähköisesti viritetty, laseriin integroitu fotoninen kvanttivalolähde, sopii kokonaan sirulle ja voi emittoida taajuuteen lomittuneita kubittitiloja.

"Qubitit ovat erittäin herkkiä kohinalle. Sirun täytyy olla laserkentän ohjaama, täysin kohinaton ja se vaatii sirussa olevan suodattimen. Aikaisemmin oli suuri haaste integroida laser, suodatin ja onkalo samaan siruun, koska ei ollut sopivaa materiaalia, joka olisi tehokas näiden eri komponenttien rakentamiseen", sanoo tohtori Raktim Haldar

Avain saaavutukseen oli "hybriditekniikka", joka yhdistää indiumfosfidista valmistetun laserin, suodattimen ja piinitridistä tehdyn ontelon ja yhdistää ne yhdeksi siruksi. Sirulle syntyy spontaanissa epälineaarisessa prosessissa laserkentästä kaksi fotonia. Jokainen fotoni kattaa useita värejä samanaikaisesti eli superpositio ja molempien fotonien värit korreloivat eli ovat lomittuneita ja voivat tallentaa kvantti-informaatiota. "Näin saavutamme merkittäviä tehokkuuksia ja tilaominaisuuksia, joita tarvitaan kvanttitietokoneissa tai kvantti-internetissä", Kues sanoo.

"Nyt voimme integroida laserin sirun muiden komponenttien kanssa niin, että koko kvanttilähde on pienempi kuin yhden euron kolikko. Pientä laitettamme voidaan pitää askeleena kohti kvanttietua fotoneilla varustetussa sirussa jopa huonelämpötilassa", Haldar sanoo.

Tiedemiehet odottavat löytönsä myös auttavan alentamaan sovellusten tuotantokustannuksia. "Voimme kuvitella, että kvanttivalolähteestämme tulee pian ohjelmoitavien fotonisten kvanttiprosessorien peruskomponentti", Kues sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Kohti puolijohteisia kvanttitietoverkkoja

Kvanttivaloa ja kvanttipisteitä