Исследователи разработали новый волноводный модуль оптического параметрического усилителя (OPA) (на фото), который они объединили со специально разработанным детектором фотонов для генерации сильно неклассического света, который можно использовать для квантовых экспериментов. Авторы и права: Кан Такасэ, Токийский университет.

«Наша цель — значительно улучшить обработку информации за счет разработки более быстрых квантовых компьютеров, которые могут выполнять любые вычисления без ошибок», — сказал член исследовательской группы Кан Такасе из Токийского университета. «Хотя существует несколько способов создания квантового компьютера, подходы, основанные на свете, являются многообещающими, поскольку информационный процессор может работать при комнатной температуре, а масштаб вычислений можно легко расширить».

В журнале Optics Express , издаваемом издательской группой Optica, группа исследователей из Японии описывает волноводный модуль оптического параметрического усилителя (OPA), который они создали для квантовых экспериментов. Комбинация этого устройства со специально разработанным детектором фотонов позволила им создать состояние света, известное как кот Шредингера, которое представляет собой суперпозицию когерентных состояний.

«Наш метод генерации квантового света может быть использован для увеличения вычислительной мощности квантовых компьютеров и для того, чтобы сделать процессор информации более компактным», — сказал Такасе. «Наш подход превосходит традиционные методы, а модульный волновод OPA прост в эксплуатации и легко интегрируется в квантовые компьютеры».

Генерация сильно неклассического света

Сжатый свет с непрерывной волной используется для генерации различных квантовых состояний, необходимых для выполнения квантовых вычислений. Для наилучшей вычислительной производительности сжатый источник света должен демонстрировать очень низкий уровень потерь света и быть широкополосным, то есть включать широкий диапазон частот.

«Мы хотим увеличить тактовую частоту оптических квантовых компьютеров, которые в принципе могут достигать терагерцовых частот», — сказал Такасе. «Более высокие тактовые частоты обеспечивают более быстрое выполнение вычислительных задач и позволяют укоротить линии задержки в оптических схемах. Это делает оптические квантовые компьютеры более компактными, а также упрощает разработку и стабилизацию всей системы».

Исследователи разработали новый модуль волноводного оптического параметрического усилителя (OPA), который они объединили со специально разработанным фотонным детектором (на фото) для генерации сильно неклассического света, который можно использовать для квантовых экспериментов. Авторы и права: Кан Такасэ, Токийский университет.

OPA используют нелинейные оптические кристаллы для генерации сжатого света, но обычные OPA не генерируют квантовый свет со свойствами, необходимыми для более быстрых квантовых вычислений. Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи из Токийского университета и корпорации NTT разработали OPA на основе устройства волноводного типа, которое обеспечивает высокую эффективность за счет ограничения света узким кристаллом.

Тщательно спроектировав волновод и изготовив его с прецизионной обработкой, они смогли создать OPA-устройство с гораздо меньшими потерями при распространении, чем обычные устройства. Он также может быть модульным для использования в различных экспериментах с квантовыми технологиями.

Разработка правильного детектора

Устройство OPA было разработано для создания сжатого света на длинах волн телекоммуникаций, области длин волн, которая имеет тенденцию демонстрировать низкие потери. Чтобы завершить систему, исследователям понадобился высокопроизводительный детектор фотонов, работающий на телекоммуникационных длинах волн. Однако стандартные детекторы фотонов на основе полупроводников не соответствуют требованиям к производительности для этого приложения.

Так, исследователи из Токийского университета и Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT) разработали детектор, предназначенный специально для квантовой оптики. В новом сверхпроводящем нанополосковом детекторе фотонов (SNSPD) используется технология сверхпроводимости для обнаружения фотонов.

«Мы объединили наш новый волноводный OPA с этим детектором фотонов, чтобы создать весьма неклассическое — или квантовое — состояние света, называемое котом Шредингера», — сказал Такасе. «Создание этого состояния, которое сложно осуществить с помощью обычных низкоэффективных волноводных OPA, подтверждает высокую производительность нашего волноводного OPA и открывает возможность использования этого устройства для широкого круга квантовых экспериментов».

В настоящее время исследователи изучают, как объединить методы высокоскоростных измерений с новым волноводным OPA, чтобы приблизиться к своей цели — сверхбыстрым оптическим квантовым вычислениям.