Учёные из Англии и Италии создали первый источник одиночных фотонов, который может послужить основой для больших схем квантовой фотоники, пишет «The Nature Communications». Источник фотонов был изготовлен с использованием существующих CMOS-технологий, что открывает пути изготовления крупномасштабных квантовых схем в больших объёмах.
Как указывают авторы разработки, данное устройство стимулирует развитие квантовой фотоники. Это, в свою очередь, позволит добиться больших результатов в создании оптической квантовой платформы - одной из самых перспективных для практической реализации квантовых информационных алгоритмов.
В своей разработке исследователи смогли улучшить одновременно несколько характеристик источников одиночных фотонов, без чего создание практических квантовых устройств представлялось невозможным. В частности, фотоны, сгенерированные разными источником, являются с высокой степенью неразличимыми.
Ведущий автор статьи Стефано Паезани (Dr. Stefano Paesani) из Университета Бристоля отмечает, что без использования фотонных источников с низким уровнем шума ошибки в квантовых вычислениях быстро накапливаются при увеличении сложности схемы, в результате чего квантовые вычисления перестают быть возможными. Кроме того, оптические потери в источниках ограничивают количество фотонов, которые квантовый компьютер может производить и обрабатывать. Исследователям удалось решить эту проблему благодаря новому методу, получившему название "интермодальное спонтанное четырехволновое смешение", где «несколько мод света, распространяющегося через кремниевый волновод, нелинейно интерферируют, создавая идеальные условия для генерации одиночных фотонов», - уточняет Паезани.
Отметим, что крайне важной характеристикой нового устройства является возможность массового производства, которую обеспечивает использование кремниевой базы. Это позволит изготавливать интегрально-оптические схемы в больших количествах и по сравнительно низкой стоимости, которая сделает их доступными для пользователей и разработчиков по всему миру, и платформы для квантовых оптических вычислений получат мощный импульс для интенсивного развития.
Над разработкой источников одиночных фотонов трудятся и в ЦКТ МГУ в рамках проекта по созданию линейно-оптических квантовых симуляторов. Как и в приведённой работе, для создания квантового симулятора используются технологии интегральной оптики, с помощью которой будут реализованы большие перепрограммируемые схемы. Эти схемы используются в качестве преобразователей, реализующих квантовые логические преобразования. Однако, в отличие от представленного устройства, материалом интегральных схем в проекте ЦКТ служит нитрид кремния.

На фото: The silicon photonic chip used in this study to generate and interfere high-quality photons. University of Bristol (Источник)