Квантовый скачок при +20°C. В Стэнфорде создали устройство, которое впервые связывает фотоны без охлаждения до минус 273°C

Исследователи Стэнфордского университета разработали оптическое устройство на наноуровне, которое может изменить направление развития квантовой связи — и всё это при комнатной температуре. Новый метод позволяет надёжно связывать фотоны и электроны на уровне их спина, что является фундаментом для передачи и обработки информации в квантовых системах.

В отличие от большинства современных квантовых технологий, работающих при температурах, близких к абсолютному нулю, эта система функционирует без охлаждения. Это открывает путь к созданию компактных, устойчивых и менее затратных компьютеров будущего, которые потенциально смогут работать вне условий специализированных лабораторий.

Ключ к технологии — использование молибдена диселенидного (MoSe₂), материала из класса дихалькогенидов переходных металлов, известных своей сильной световой откликаемостью. Учёные нанесли тонкий слой этого соединения на специально структурированный кремниевый чип. Микроскопические узоры на поверхности (на уровне длины волны видимого света) формируют так называемый «скрученный свет»: фотоны, вращающиеся по спирали.

Этот тип света позволяет передавать вращение (спин) фотонов электронам. Именно спиновое запутывание фотонов и электронов создаёт основу для квантовых битов — кубитов. Такие элементы могут существовать сразу в нескольких состояниях и выполнять сложные вычисления или обеспечивать защищённую передачу данных.

По словам профессора Дженнифер Дионн, возглавившей исследование, материал сам по себе известен, но способ его применения — совершенно новый. Главная особенность в том, что полученная система создаёт устойчивую связь между квантовыми частицами, не разрушаясь при комнатной температуре. Это серьёзный шаг вперёд: обычно электроны теряют спин слишком быстро, чтобы быть полезными в реальных устройствах.

Фэн Пан, ведущий автор исследования, объясняет, что кремниевые наноструктуры не только позволяют создавать «скрученный» фотонный поток, но и передавать это вращение электронам — ключевой элемент квантовых вычислений. Взаимодействие между фотонами и электронами происходит с высокой точностью, благодаря чему и удаётся формировать стабильные кубиты, не прибегая к экстремальному охлаждению.

Одним из главных ограничений современных квантовых компьютеров остаётся их чувствительность к внешним воздействиям. Малейшее нарушение условий может вызвать декогеренцию — потерю квантовых свойств. Поэтому такие установки требуют громоздкой криогенной инфраструктуры, что делает их дорогими и малопригодными для широкого применения.

Подход, предложенный командой из Стэнфорда, устраняет это узкое место. Работа при нормальных температурах упрощает конструкцию и снижает издержки. По мнению авторов, технология в будущем может использоваться для создания систем защищённой связи, квантовых сенсоров, решений в области искусственного интеллекта и высокоточной обработки данных.