Ученые из института Вайцмана (Weizmann Institute) создали и продемонстрировали работу первого в мире фотонного маршрутизатора, квантового устройства, основанного на одном единственном атоме, позволяющего направлять единичные фотоны света по необходимому маршруту. Следует отметить, что разработка этого квантово-фотонного устройства является большим шагом на пути преодоления массы трудностей, с которыми сталкивается сейчас разработка квантовых компьютеров будущего.

Основным элементом фотонного маршрутизатора является атом, способны переключаться из одного квантового состояния в другое.

Переключение состояния атома осуществляется при помощи единичного фотона света, имеющего определенные характеристики. Находясь в одном из квантовых состояний, атом беспрепятственно пропускает следующий фотон света дальше по оптическому волокну, а в другом состоянии – отражает его назад, туда, откуда он прибыл.

Атом фотонного маршрутизатора может работать в непрерывном режиме, обрабатывая поток фотонов, идущий в одном или в разных направлениях по каналам световодов. Первый из фотонов, прибывающих с любого направления, осуществляет переключение квантового состояния атома, который пропускает или отражает следующий фотон, который также может прибыть с любого направления.

Рис. 1.

«В некотором смысле наше устройство является фотонным эквивалентом электронного транзистора, который переключает электрические сигналы в ответ на управляющие электрические сигналы» – рассказывает доктор Барак Дайян (Dr. Barak Dayan), глава группы квантовой оптики института Вайцмана, – «В нашем устройстве фотоны света используются как в качестве носителей информации, та и в качестве сигналов, управляющих работой устройства».

Создание фотонного маршрутизатора стало возможным благодаря совмещению двух современных технологий, лазерного охлаждения и удержания атома в магнитной ловушке, и технологии сверхвысокоточного изготовления на чипе миниатюрных высококачественных оптических резонаторов, соединенных непосредственно с оптическим волокном.

И лаборатория доктора Дайяна в институте Вайцмана является одной из немногих лабораторий в мире, сотрудникам которой удалось полностью совладать с этими двумя технологиями сразу.

«Наше устройство, представляющее собой двунаправленный фотонный ключ, является полностью оптическим устройством, не требующим для своей работы внешних источников энергии любого вида. В будущем такие устройства смогут объединяться в чрезвычайно сложные схемы, состоящие исключительно из пассивных элементов, которые обмениваются данными и активизируют друг друга при помощи единичных фотонов» – рассказывает доктор Барак Дайян, – «Это даже в самой ближайшей перспективе даст нам возможность создавать фотонные аналоги электронных чипов, насчитывающих миллиарды транзисторов, включая и процессоры современных компьютеров».