«Этот результат находит применение при разработке сложных квантовых технологий, включая полностью безопасную связь, квантовые измерения, моделирование биологических и химических систем и, конечно же, квантовые вычисления», — сказал доктор Алекс Кларк, руководитель исследовательской группы Австралийского исследовательского совета. Центр передового опыта для устройств со сверхвысокой пропускной способностью для оптических систем (CUDOS).Исследование, проведенное в Школе физики Сиднейского университета, сегодня опубликовано в журнале Nature Communications.
Это часть более широкого сотрудничества с участием австралийских и международных университетов, включая Университет Маккуори, Университет Сент-Эндрюс и Университет Йорка, а также Австралийскую оборонную научно-техническую организацию (DSTO).Фотоны — это отдельные частицы света, которые легко переносят квантовую информацию. Важность разработки микросхемы, которая может доставлять по одному фотону за раз с очень высокой скоростью, заключается в обеспечении масштабируемости необычайного разнообразия квантовых технологий, которые могут улучшить вычислительную и коммуникационную инфраструктуру.
Масштабируемость означает возможность использовать множество источников фотонов параллельно для выполнения сложных задач.«Нам легко генерировать фотоны с высокой скоростью, но гораздо сложнее гарантировать, что они выходят один за другим, потому что фотоны общительны по своей природе и любят собираться вместе», — сказал ведущий автор статьи Nature Communications Мэтью Коллинз.
Аспирант CUDOS Сиднейского университета.«По этой причине сообщество квантовой науки более десяти лет ждало компактного оптического чипа, который доставлял бы ровно один фотон за раз с очень высокой скоростью».
Фактически, создание одиночного фотона в оптической схеме было возможно в течение нескольких лет, но предыдущие демонстрации было сложно реализовать и масштабировать, или они были чрезмерно шумными. Это ограничивало использование однофотонной технологии либо очень медленной, либо высокой вероятностью ошибки.«Мы показали, как можно объединить несколько несовершенных источников фотонов на одном кристалле, чтобы получить источник гораздо более высокого качества», — сказал доктор Кларк.
Фотоны здесь генерируются импульсным лазером. «Ключевым прорывом в этом исследовании стала разработка CUDOS фотонных чипов, замедляющих свет», — сказал профессор Бен Эгглтон, директор CUDOS и соавтор исследования. «Это делает генерацию одиночных фотонов более вероятной, снижая потребность в энергии и позволяя создавать чрезвычайно компактные устройства длиной не более 200 микрон, шириной с человеческий волос».«Чем меньше эти системы, тем больше мы можем поместиться на микросхеме, и чем больше мы можем разместить на микросхеме, тем больше вероятность того, что мы сможем гарантировать получение одного фотона, когда мы этого хотим», — сказал соавтор, доцент Майкл Стил ( Macquarie University), научный руководитель CUDOS по квантовой интегрированной фотонике.Следующим шагом является интеграция всех компонентов этой схемы на одном кристалле, чтобы можно было использовать источник одиночных фотонов «нажимная кнопка» в будущих фотонных квантовых технологиях.«Этот результат представляет собой важную веху для Центра и для всей области.
Мы особенно довольны успешным сотрудничеством между CUDOS и DSTO», — сказал профессор Эгглтон.