В системе используется небольшой и экономичный фотонный чип, изготовленный с помощью процессов, аналогичных тем, которые используются для интегрированной электроники. С микрокольцевым резонатором на кристалле, возбуждаемым лазером, фотоны испускаются парами, которые разделяют сложное квантовое состояние.
Фотоны сконструированы в состоянии, состоящем из нескольких наложенных друг на друга частотных компонентов: фотоны имеют одновременно несколько цветов, и цвета каждого фотона в паре связаны (запутаны), независимо от их разделительного расстояния.Поскольку каждая частота — или цвет — представляет собой измерение, фотоны генерируются на кристалле как многомерное квантовое состояние (quDit). До сих пор квантовая информатика в основном фокусировалась на использовании кубитов на основе двумерных систем, в которых два состояния накладываются друг на друга (например, 0 И 1 одновременно, в отличие от классических битов, которые равны 0 ИЛИ 1 при любое время).
Работа в частотной области позволяет наложить гораздо больше состояний (например, многомерный фотон может быть красным, желтым, зеленым и синим, хотя фотоны, используемые здесь, были инфракрасными для обеспечения совместимости с телекоммуникациями), увеличивая объем информации в одиночный фотон.На сегодняшний день профессор Роберто Морандотти, возглавляющий исследовательскую группу INRS, подтверждает реализацию квантовой системы по крайней мере с сотней измерений с использованием этого подхода, а разработанная технология легко расширяется для создания двухквадратных систем с более чем 9000 измерениями ( соответствует 12 кубитам и более, что сравнимо с современными достижениями в значительно более дорогих / сложных платформах).Использование частотной области для таких квантовых состояний позволяет легко передавать и манипулировать ими в волоконно-оптических системах. «Объединив области квантовой оптики и сверхбыстрой оптической обработки, мы показали, что многомерное манипулирование этими состояниями действительно возможно с использованием стандартных телекоммуникационных элементов, таких как модуляторы и частотные фильтры», — подчеркивает эксперт по телекоммуникационным системам профессор Хосе Азана, соруководитель отдела проведенное исследование.До сих пор достижения в устоявшихся технологиях для телекоммуникационного сектора были нацелены на манипулирование классическими сигналами.
Это исследование меняет правила игры: достижения могут быть немедленно перенесены в квантовую науку и непосредственно сделают возможным фундаментальные исследования многомерных характеристик квантовых состояний, приложения в квантовых коммуникациях на основе волоконно-оптических сетей с большим алфавитом и будущее развитие частотной области. , многомерные квантовые логические вентили и другие приложения.Ведущие авторы Майкл Кус и Кристиан Реймер отмечают, что изюминкой продемонстрированной платформы является ее доступность: легко создавать и использовать компоненты, используемые в стандартных телекоммуникационных системах, которые коммерчески доступны повсюду.
Таким образом, в краткосрочной перспективе исследователи всего мира смогут внедрить эту технологию и продвигать ее вперед, что сделает скачок в развитии практических квантовых приложений.