Генерация высококачественных одиночных фотонов для квантовых вычислений - МИКРОН-ДИЛЕР-СЕРВИС

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ:

тел.: +7(812) 701-02-32 факс: +7(812) 701-02-82 email: [email protected], [email protected] адрес: ул. Курчатова д.10, лит. М

ИЖЕВСК:

тел.: +7(3412) 467-100 факс: +7(3412) 933-163 email: [email protected], [email protected] адрес: ул. Автозаводская, д. 7
Курс валют ЦБРФ: 62.8666 RUB. 1 USD | 70.7941 RUB. 1 EUR на: 20.07.2019
{"effect":"slide-v","fontstyle":"normal","autoplay":"true","timer":"4000"}

ЭЛЕКТРОННЫЕ

КОМПОНЕНТЫ

ДЛЯ ВАШЕГО УСПЕХА

ПОСТАВЩИК ЭКБ РЕГИСТР ИСО 9001 ПОСТАВЩИК ЭКБ ВВТ

МИКРОН-ДИЛЕР-СЕРВИС

ISO 9001

ПОСТАВКА ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ

С ПРИЁМКОЙ ОТК,ВП,ОС,ОСМ

РАБОТАЕМ СОГЛАСНО

275-ФЗ*, 44-ФЗ и 223-ФЗ

*с изменениями согласно 159-ФЗ

МИКРОН-ДИЛЕР-СЕРВИС

Генерация высококачественных одиночных фотонов для квантовых вычислений

Генерация высококачественных одиночных фотонов для квантовых вычислений

Генерация высококачественных одиночных фотонов для квантовых вычислений

Новая конструкция с двумя резонаторами излучает больше одиночных фотонов, которые могут передавать квантовую информацию при комнатной температуре.

 

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали способ генерирования при комнатной температуре большего количества одиночных фотонов для переноса квантовой информации. Дизайн, говорят они, обещает разработку практических квантовых компьютеров.

 

Квантовые излучатели генерируют фотоны, которые могут быть обнаружены по одному за раз. Потребительские квантовые компьютеры и устройства могут потенциально использовать определенные свойства этих фотонов как квантовые биты («кубиты») для выполнения вычислений. В то время как классические компьютеры обрабатывают и хранят информацию в битах 0 или 1, кубиты могут быть 0 и 1 одновременно. Это означает, что квантовые компьютеры могут потенциально решать проблемы, которые трудно решить для классических компьютеров.

 

Ключевой проблемой, однако, является создание одиночных фотонов с одинаковыми квантовыми свойствами – известных как «неразличимые» фотоны. Чтобы улучшить неразличимость, излучатели направляют свет через оптическую полость, где фотоны отражаются назад и вперед, процесс, который помогает согласовать их свойства с полостью. Как правило, чем дольше фотоны остаются в полости, тем больше они совпадают.

 

Но есть и компромисс. В больших полостях квантовые излучатели самопроизвольно генерируют фотоны, в результате чего в полости остается лишь небольшая доля фотонов, что делает процесс неэффективным. Меньшие полости извлекают более высокий процент фотонов, но фотоны имеют более низкое качество или «различимы».

 

В статье, опубликованной сегодня в Письма о физическом обзореИсследователи разделили одну полость на две, каждая с назначенной задачей. Меньшая полость обеспечивает эффективное извлечение фотонов, в то время как прикрепленная большая полость хранит их немного дольше, чтобы повысить неразличимость.

 

По сравнению с одной полостью, связанная полость исследователей генерировала фотоны с неразличимостью примерно на 95 процентов, по сравнению с неразличимостью на 80 процентов, с эффективностью примерно в три раза.

 

«Короче говоря, два лучше, чем один», – говорит первый автор Хёнграк «Чак» Чой, аспирант Исследовательской лаборатории электроники Массачусетского технологического института (RLE). «Мы обнаружили, что в этой архитектуре мы можем разделить роли двух полостей: первая полость просто фокусируется на сборе фотонов для высокой эффективности, а вторая сосредоточена на неразличимости в одном канале. Одна полость, играющая обе роли, не может соответствовать обеим метрикам, но две полости достигают обоих одновременно ».

 

Чой присоединился к работе над документом: Дирк Энглунд, доцент кафедры электротехники и компьютерных наук, исследователь RLE и руководитель лаборатории квантовой фотоники; Ди Чжу, аспирант RLE; и Yoseob Yoon, аспирант химического факультета.

 

Относительно новые квантовые излучатели, известные как «однофотонные излучатели», создаются дефектами в других чистых материалах, таких как алмазы, легированные углеродные нанотрубки или квантовые точки. Свет, производимый этими «искусственными атомами», захватывается крошечной оптической полостью в фотонном кристалле – наноструктурой, действующей как зеркало. Некоторые фотоны уходят, но другие отскакивают вокруг резонатора, что заставляет фотоны иметь одинаковые квантовые свойства – главным образом, различные частотные свойства. Когда они измерены, чтобы соответствовать, они выходят из полости через волновод.

 

Но однофотонные излучатели также испытывают тонны окружающего шума, такого как колебания решетки или колебания электрического заряда, которые производят различную длину волны или фазу. Фотоны с различными свойствами не могут «вмешиваться», так что их волны перекрываются, что приводит к интерференционным картинам. Эта интерференционная картина – это то, что квантовый компьютер наблюдает и измеряет для выполнения вычислительных задач.

 

Неразличимость фотонов – это мера способности фотонов вмешиваться. Таким образом, ценным показателем является моделирование их использования для практических квантовых вычислений. «Даже до фотонной интерференции с неразличимостью мы можем указать способность фотонов вмешиваться», – говорит Чой. «Если мы знаем эту способность, мы можем рассчитать, что произойдет, если они используют ее для квантовых технологий, таких как квантовые компьютеры, связь или ретрансляторы».

 

В системе исследователей имеется небольшая полость, прикрепленная к излучателю, который в их исследованиях представлял собой оптический дефект в алмазе, называемый «кремний-вакансионный центр» – атом кремния, замещающий два атома углерода в алмазной решетке. Свет, производимый дефектом, собирается в первую полость. Из-за своей фокусирующей свет структуры, фотоны извлекаются с очень высокой скоростью. Затем нанорезонатор направляет фотоны во вторую большую полость. Там фотоны отскакивают назад и вперед в течение определенного периода времени. Когда они достигают высокой неразличимости, фотоны выходят через частичное зеркало, образованное отверстиями, соединяющими полость с волноводом.

 

Важно отметить, говорит Чой, что ни одна из полостей не должна отвечать строгим требованиям к проектированию в отношении эффективности или неразличимости по сравнению с традиционными полостями, называемыми «фактором качества (добротностью)». Чем выше добротность, тем ниже потери энергии в оптических полостях. Но полости с высоким добротностью технологически сложно создать.

 

В ходе исследования, связанная полость исследователей производила фотоны более высокого качества, чем любая возможная однополостная система. Даже когда его добротность составляла примерно одну сотую качества однополостной системы, они могли добиться такой же неразличимости при трехкратном повышении эффективности.

 

Полости могут быть настроены так, чтобы оптимизировать эффективность и неразличимость – и учитывать любые ограничения на коэффициент Q – в зависимости от приложения. Это важно, добавляет Чой, потому что современные излучатели, работающие при комнатной температуре, могут сильно различаться по качеству и свойствам.

 

Затем, исследователи проверяют окончательный теоретический предел множественных полостей. Еще одна полость все еще будет эффективно обрабатывать начальную экстракцию, но затем будет связана с множеством полостей, которые фотоны для различных размеров, чтобы достичь некоторой оптимальной неразличимости. Но, скорее всего, будет предел, говорит Чой: «С двумя полостями есть только одно соединение, поэтому оно может быть эффективным. Но если есть несколько полостей, несколько соединений могут сделать его неэффективным. Сейчас мы изучаем фундаментальный предел для полостей для использования в квантовых вычислениях ».

 


ПОДЕЛИТЬСЯ:
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  • 23.06.2019

Вступайте в группу ВКОНТАКТЕ

Виртуальный помощник Эмдис
Scroll Up