Исследовательская группа Калифорнийского университета в Санта-Барбаре продемонстрировала первый и, возможно, самый сложный шаг в этом процессе. В статье, опубликованной в Nature Physics, описан наномеханический преобразователь, который обеспечивает сильную и когерентную связь между микроволновыми сигналами и оптическими фотонами. Другими словами, преобразователь является эффективным каналом для преобразования электрических сигналов (микроволн) в свет (фотоны).
Сегодняшний высокоскоростной Интернет преобразует электрические сигналы в свет и отправляет его по оптоволоконным кабелям, но выполнение этого с помощью квантовой информации является одной из самых сложных задач квантовой физики. Если это будет реализовано, это позволит обеспечить безопасную связь и даже квантовую телепортацию — процесс, с помощью которого квантовая информация может передаваться из одного места в другое.«Сейчас в науке предпринимаются большие усилия по созданию компьютеров и сетей, работающих на принципах квантовой физики», — говорит ведущий автор Йорг Бохманн, научный сотрудник отделения физики UCSB. «И мы обнаружили, что на самом деле существует способ перевести электрические квантовые состояния в оптические квантовые состояния».В новом документе излагается концепция и представлен прототип устройства, в котором используется оптомеханический кристалл, реализованный в пьезоэлектрическом материале таким образом, который совместим со сверхпроводящими кубитами, квантовыми аналогами классических битов.
Управляя устройством на однофононном пределе, ученые смогли генерировать когерентные взаимодействия между электрическими сигналами, механическими колебаниями очень высокой частоты и оптическими сигналами.Хотя первый прототип преобразователя не использовался в квантовой сфере, это, по сути, следующий шаг в исследовательских усилиях. «В этой статье мы характеризуем систему с использованием классических электрических и оптических сигналов и находим, что основные параметры выглядят очень многообещающими», — говорит Бохманн. «На следующем этапе нам нужно будет фактически ввести квантовые сигналы с электрической стороны, а затем проверить, сохраняются ли квантовые свойства в свете».По словам авторов, их прототип преобразователя полностью совместим со сверхпроводящими квантовыми схемами и хорошо подходит для работы в криогенных условиях. «Совместная динамика системы должна быть такой же при низких температурах, как и в наших измерениях комнатной температуры, хотя и с более низким тепловым фоном», — сказал соавтор Эндрю Клеланд, профессор физики и заместитель директора Калифорнийского института наносистем при Калифорнийском университете в США. . «Истинные квантовые особенности и неклассические механические состояния проявятся, когда мы подключим сверхпроводящий кубит к преобразователю.
«Мы считаем, что сочетание оптомеханики со сверхпроводящими квантовыми устройствами позволит создать новое поколение квантовых устройств на кристалле с уникальными возможностями, а также откроет захватывающий путь для реализации запутанных сетей электронных и фотонных квантовых систем», — сказал Клеланд.