Сотрудники Центра квантовых технологий МГУ им. М.В. Ломоносова совместно с коллегами из лаборатории ФНМ МГТУ им. Н.Э. Баумана разработали технологию создания программируемых интегрально-оптических чипов. Она ляжет в основу линейно-оптического квантового симулятора, над созданием которого работают в ЦКТ. На данный момент изготовлено несколько тестовых прототипов чипов, с которыми ученые проводят экспериментальные исследования.

Интегрально-оптический чип представляет собой миниатюрное устройство, содержащее оптические волноводы, служащие проводниками для света, и разнообразные функциональные элементы, например, делители, интерферометры, фильтры и др. Интегральная оптика призвана заменить собой традиционные оптические схемы, используемые, в частности, в квантовых компьютерах на базе одиночных фотонов. В привычном исполнении эти схемы весьма громоздкие, а благодаря переносу на чип функциональная схема становится более компактной и менее подверженной внешним воздействиям. Возможность перепрограммирования позволяет использовать один чип для решения целого ряда вычислительных задач.

Оптический чип, представленный учеными ЦКТ МГУ и МГТУ, производится методом электронной литографии в слое нитрида кремния. Разработку технологии воспроизводимого изготовления оптических наноструктур с низкими потерями, а также сложных элементов, например, решеточных структур ввода/вывода, выполняют специалисты ФНМ МГТУ им. Баумана. В настоящий момент отработана технология создания одномодовых оптических волноводов с удельными потерями <1 дБ/см и потерями на сопряжения <7 дБ при вертикальном вводе и <4 дБ при торцевом вводе. Ученые Центра квантовых технологий занимаются разработкой дизайна и архитектуры устройств. Основные усилия сейчас направлены на оптимизацию геометрии составляющих элементов, чтобы минимизировать потери оптического сигнала при распространении по чипу. Существенной частью работы сотрудников ЦКТ также является подготовка программных средств для управления и настройки реконфигурируемых устройств и реализации квантовых алгоритмов с помощью таких устройств.

Над подобными чипами не первый год работают ученые и из других групп как в России, так и за рубежом. Использование таких устройств позволяет миниатюризировать оптические схемы, не только в квантовом компьютере, но и в иных оптических устройствах. Например, компания Intel продемонстрировала совместную разработку со стартапом Ayar Labs, совмещающую стандартную электронную ПЛИС и высокоскоростной оптический трансивер в одном чиплете, для передачи данных по оптоволокну со скоростью 2 Тбит/с с потенциальным ускорением до 100 Тбит/с.