Licht ist eine der Möglichkeiten, einen Quantencomputer zu bauen. Einzelne Photonen und Atome funktionieren auf der Skala der Quantenphysik, und Wissenschaftler haben gelernt, damit umzugehen. Eine andere Sache ist, dass ein moderner optischer Quantencomputer ein ziemlich großer Aufbau mit Lasern, Spiegeln, Linsen und vielem mehr ist. Die Miniaturisierung dieser Wirtschaft ist schwierig, aber Wissenschaftler aus den USA haben einen bedeutenden Schritt in diese Richtung gemacht.
Forscher der University of Illinois in Urbana-Champaign haben einen optischen Isolator auf einem Chip vorgeschlagen, der die Größe dieses Elements im Vergleich zu bestehenden Geräten erheblich reduziert. Ein optischer Isolator verhindert, dass sich Licht in die entgegengesetzte Richtung ausbreitet, was normalerweise in jeder Umgebung zum Transport von Photonen auftritt. In großen Installationen werden normalerweise magnetooptische Isolatoren verwendet, aber der Chip und starke Magnetfelder sind inkompatibel. Entweder das eine oder das andere.
Wissenschaftler aus Illinois haben einen Weg gefunden, das Problem der Miniaturisierung zu umgehen und gleichzeitig den Betrieb eines optischen Isolators sicherzustellen. Dazu schlugen sie vor, Schallwellen zu verwenden, die zuvor in direkter Einwirkung auf Photonen beobachtet wurden.
Das von den Forschern vorgeschlagene Schema eines optischen Isolators für einen Chip sieht aus wie ein ringförmiger (in der Abbildung ovaler) Schallresonator, dem Lichtwellenleiter zugeführt werden. Das vom Laser emittierte Licht (Photonen) passiert den Resonatorbereich und bewegt sich weiter. Es stellte sich heraus, dass bei einem solchen Schema nur eines von 10.000 Photonen durch die Faser zurückreflektiert wird. Die Photonen werden nicht absorbiert oder reflektiert, sondern wandern einfach weiter, was die Lösung zu einem potentiellen Schlüsselelement für die weitere Miniaturisierung quantenoptischer Prozessoren macht. Darüber hinaus kann der Resonator so ausgelegt werden, dass er eine genau festgelegte Wellenlänge des Lichts durchlässt, was die Möglichkeit der Feinabstimmung des Chips in der Herstellungsphase eröffnet.
„Einfache Herstellung ist der Schlüssel – mit unserem Ansatz können Sie optische Isolatoren drucken, die für jede gewünschte Wellenlänge gut funktionieren, und das alles gleichzeitig auf einem Chip. Mit anderen Ansätzen ist das einfach nicht möglich“, sagt Studienkoautor Ogulkan Orsel, Doktorand am Department of Electrical Engineering der University of Illinois at Urbana-Champaign.
2021-10-26 13:13:35
Autor: Vitalii Babkin