27.10.2021, 17:45
Исследователи разработали крошечную оптическую частотную гребенку, которая использует двухмодовое сжатие для создания квантовой запутанности между двумя оптическими полями. Если миниатюрное устройство на основе чипа хорошо покажет себя, оно ляжет в основу массового производства квантовых частотных гребенок, которые могут быть использованы для квантовых вычислений.
Микрогребенка нужна для квантовых вычислений на кумодах — запутанных состояниях — для непрерывных оптических полей, а не для отдельных фотонов, как это принято сейчас.
В отличие от квантовых вычислений на основе кубитов, такой подход позволит увеличивать число квантово запутанных кумодов за счет частотного, временного или пространственного мультиплексирования — уплотнения канала для замедления потока данных —, а также не требует наличия квантовой памяти или повторения операций для набора статистики, ведь кумод, в отличие от кубита, покрывает весь спектр значений от 0 до 1. Наиболее перспективно то, что такая микрогребенка может обеспечить физическое масштабирование платформам для квантовых вычислений.
Микрогребенка создается в клиновом микрорезонаторе из кварца диаметром всего 3 миллиметра. Её спектральный диапазон — 22 ГГц. Конструкция собирается на кремниевом чипе с одномодовым коническим волокном в качестве соединительных волноводов. Для создания квантовой запутанности между непрерывными оптическими полями используется двухмодовое сжатие.
Для проверки нового устройства исследователи измерили 20 пар кумодов, созданных с помощью микрогребенки. Изучалась возможность сжатия кумодов: было обнаружено, что кумоды демонстрируют максимальное сжатие в 1,6 дБ. «Сырое» сжатие ограничено эффективностью выхода из резонатора, составляющей 83%, оптическими потерями, которые по оценкам составляют 1,7 дБ и квантовой эффективностью фотодиода, составляющей около 89%. Общая эффективность сжатия после прохождения конического волокна составляет 60%.
Измеренные значения сжатия свидетельствуют о наличии квантовых корреляций между кумодами, чего и добивались авторы исследования. Однако для практического использования уровень сжатия должен быть выше. Исследователи утверждают, что «сырое» сжатие может быть улучшено путем снижения потерь в системе, улучшения квантовой эффективности фотодиодов и достижения более высокой эффективности выхода из системы «резонатор-волновод».
Результаты исследования представят на конференции Frontiers in Optics + Laser Science Conference.
