Еще одна новая методика построения квантовых сетей передачи данных был разработан командой ученых из Калифорнийского технологического университета, компании Hewlett Packard и Вашингтонского университета. В оптических квантовых сетях информация передается с помощью единичных фотонов света, что позволяет выполнить обработку информации в миллионы раз быстрее, чем это возможно на сегодняшний день.

И одним из ключевых элементов таких высокоскоростных сетей и квантовых компьютеров может стать новое квантовое устройство на основе атома азота в кристалле алмаза, совмещенное с оптическим резонатором и оптическим волноводом.

При необходимости такое универсальное устройство может стать ячейкой памяти или элементарным логическим элементом, квантовым битом, с помощью которого будет выполняться обработка квантовой информации.

Включение одного атома азота в кристаллическую решетку алмаза приводит к появлению дефекта кристаллической решетки, выражающегося в отсутствии одного атома углерода рядом с атомом азота. Этот дефект имеет свойства отдельной частицы, способной к проявлению фотолюминесценции, поглощению фотона света и дальнейшему излучению нового фотона с определенной длиной волны и прочими характеристиками.

Квантовый бит на основе азотной вакансии работает при температуре около 10 градусов по шкале Кельвина. Для инициации явления фотолюминесценции используется свет зеленого лазера, а оптический фотонный волновод позволяет направить получающиеся запутанные фотоны света в необходимом направлении. Все квантовое устройство в целом изготовлено внутри алмазной мембраны, толщиной 300 нанометров.

Рис. 1.

Испускаемые в результате фотолюминесценции фотоны еще особенны тем, что они запутаны на квантовом уровне с азотной псевдо-частицей в кристалле алмаза. К сожалению, используя традиционные нормальные источники света невозможно получить фотон, запутанный с самим источником света.

Такое уникальное свойство азотной вакансии в алмазе позволяет реализовать совершенно новые технологии квантовой передачи и обработки информации.

«Одной из основных задач квантовой фотоники является создание сетей передачи данных, в которых квантовые оптические приемо-передатчики связываются друг с другом посредством запутанных с ними фотонов» – рассказывает профессор Андрей Фараон, один из ведущих ученых данного проекта, – «Этой работой мы демонстрируем первый шаг на пути создания квантовых сетей и квантовых компьютеров, основанных на совершенно новых принципах. Основой этих принципов является передача информации с помощью фотонов и единичных азотных вакансий, соединенных с оптическим резонатором и волноводом. Мы надеемся, что многочисленные такие квантовые устройства станут "элементарными кирпичиками» из которых будут создаваться сложные квантово-фотонные цепи на поверхности единственных чипов".

«Все преимущество разработанных нами элементарных квантовых устройств состоит в том, что их беспрепятственно можно изготавливать в любых больших количествах. До последнего времени все попытки создать квантовые устройства пригодные для массового производства не выходили за пределы лабораторий, оставаясь лишь только научными изысканиями. Нам удалось пробиться через этот барьер, но нам предстоит проделать еще немало работ, прежде чем наши квантовые устройства смогут надежно работать при более высокой температуре».