Дослідники зі США та Південної Кореї розробили спосіб з’єднати алмазні квантові випромінювачі з фотонними схемами на одному чипі. Такий підхід зменшить втрати світла під час його передачі між різними матеріалами. Вчені також показали, що система дозволяє керувати квантовим станом випромінювача та спрямовувати його світло через чип. Така технологія може стати основою для масштабованіших квантових процесорів і мереж.
Алмазні квантові випромінювачі
Проблема полягає в тому, що для квантових технологій різні матеріали добре виконують різні завдання. Алмаз зручний для створення крихітних квантових випромінювачів, які генерують світлові сигнали. А ось для побудови схем, якими це світло можна передавати, краще підходять інші матеріали. Коли їх намагаються з’єднати, виникає неприємний нюанс: частина світла втрачається саме на стику. Для звичайної оптики це вже проблема, а для квантових систем, де кожен фотон може мати значення, такі втрати особливо критичні.
Дослідники запропонували об’єднати алмаз із діоксидом титану. Для цього вони використали спеціальний метод виготовлення, завдяки якому крихітний алмазний промінь сам займає потрібне положення у заздалегідь підготовленій структурі.
Після цього навколо алмазу створюють фотонну схему з діоксиду титану. Такий підхід зменшує ризик помилки під час позиціонування компонентів. Саме неточне розташування елементів було однією з причин додаткових втрат світла в попередніх конструкціях.
У результаті алмазний компонент відповідає за створення світла, а схема з діоксиду титану стає своєрідною магістраллю, якою цей сигнал можна передавати через чип.
Джерелом світла в експерименті був центр кремнієвої вакансії. Це крихітний дефект у кристалічній структурі алмазу, який може працювати як квантовий випромінювач.
Дослідники помістили його в гібридний оптичний резонатор. Така конструкція дозволила утримувати світло поблизу випромінювача та посилити його випромінювання. Вчені також продемонстрували, що отримане світло можна ефективно спрямовувати далі через фотонну схему.
Крім цього чип дав змогу підготувати спін квантового випромінювача до потрібного початкового стану та зчитувати його. Тобто дослідникам вдалося поєднати на одній платформі одразу кілька необхідних для квантових технологій функцій: створення фотонів, керування квантовим станом і передавання світлового сигналу.