Ученые получили "запутанные" фотоны внутри силиконового чипа

Toshiba и Кембриджский университет открыли новый способ изготовления устройств, излучающих «спутанные» фотоны, что может помочь в сохранении тайны и в научных исследованиях.

Ученые из Кембриджского университета и Toshiba анонсировали новое квантовое устройство, генерирующее «спутанные» фотоны. В последние десять лет свет, образуемый парами фотонов, физические свойства которых сложным образом переплетены, привлекает пристальное внимание. У него много возможных применений в области шифрования, связи, квантовых вычислений, рентгенографии и производства микросхем.

«Появление такого устройства важно по двум причинам. Оно состоит из обычных полупроводников и вырабатывает спутанные фотоны по команде, — сказал ZDNet UK д-р Эндрю Шилдс, возглавляющий группу Quantum Information в европейской лаборатории Toshiba. — Нам впервые удалось получить достаточно регулярные и надежные импульсы, чтобы их можно было применять, например, в качестве тактовых при квантовых вычислениях, от устройства, почти такого же простого в производстве, как любой другой полупроводник».

Ключевыми компонентами устройства, которое изготавливается главным образом из арсенида галлия, обычного полупроводника, широко применяемого в быстродействующих логических микросхемах и оптоэлектронике, служат нанокластеры из арсенида индия диаметром 12 нм и высотой 6 нм. «Арсенид индия самоорганизуется в точки, как капли дождя на капоте автомобиля, — пояснил Шилдс. — Важно, чтобы эти точки располагались с высокой степенью симметрии, и физика материала позволила этого добиться».

В процессе использования на точку воздействуют импульсом лазера, который возбуждает два электрона в атоме арсенида индия. Затем эта энергия преобразуется в два спутанных фотона с несколько отличающимися частотами, которые можно разделить и вывести из устройства независимо друг от друга. Сейчас свет близок к инфракрасному диапазону с длиной волны около 900 нм, а само устройство нужно охлаждать до чрезвычайно низких температур. «Теоретически ничто не мешает воспроизвести этот эффект при комнатной температуре, и мы уже получали излучение с длиной волны 1300 нм, с которым работают телекоммуникационные лазеры, — говорит Шилдс. — Еще остаются проблемы, требующие решения, и через три-четыре года, я думаю, мы увидим подобные вещи в производстве».

В паре спутанных фотонов состояние одного можно определить по состоянию другого. В сочетании со статистическими методами это позволит пересылать ключи шифра в удаленное место с гарантией, что их не перехватят.

Другая возможная область применения — производство микросхем. Два спутанных фотона, соединенные в одной фокусной точке, ведут себя как один фотон с половинной длиной волны и удвоенной энергией. Так как минимальный размер элементов микросхемы зависит от длины волны, применяя такую технологию, можно вдвое уменьшить современный теоретический минимум — удвоив число устройств на кремниевой пластине. Тот же метод можно применить и для получения гораздо более четких изображений посредством оптического микроскопа.

«Аналогия с разработками, последовавшими за изобретением полупроводникового лазера, позволяет предположить, что существует множество других областей применения этой технологии, о которых мы пока не имеем понятия», — говорится в заявлении Шилдса.

ZDNet.ru