Оптические фотонно-квантовые компьютеры являются одним из самых перспективных направлений дальнейшего развития вычислительной техники, они с легкость смогут справляться с задачами шифрования данных, высокоскоростной обработки огромных объемов информации и для задач квантового моделирования сложных систем любого рода. И, впервые в истории, ученые преуспели в создании чипа, на кристалле которого, помимо квантовых и фотонных элементов присутствует встроенный источник света, что является непременным условием дальнейшего прогресса в данной области.

«Эксперименты, связанные с исследованиями в области квантовых оптических технологий, до последнего времени требовали достаточно больших и хорошо оснащенных лабораторий» – рассказывает Ральф Крупк (Ralph Krupke), профессор из Технологического института Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology, KIT) – «Однако, когда данные технологии приблизятся к стадии их практического применения, они должны будут занимать минимум пространства».

В качестве источника света нового чипа впервые были использованы углеродные нанотрубки, диаметр которых в 100 тысяч раз меньше диаметра человеческого волоса. Когда такие нанотрубки освещаются светом лазера с определенными параметрами, они превращаются в источники единичных фотонов, которые, в свою очередь, используются дальше в качестве носителей информации. В свое время ученые уже производили попытки использования углеродных нанотрубок в области оптических вычислений. Однако, для этого требуется свет внешнего лазера, который невозможно поместить на кристалл чипа и который делает оптические вычислительные устройства весьма громоздкими.

Благодаря упорной работе ученым из KIT удалось найти рабочие режимы, при которых углеродные нанотрубки становились источниками единичных фотонов без необходимости использования внешнего лазера. Необходимая для излучения фотонов энергия черпалась из импульсов электрического тока с определенными параметрами, который пропускался через нанотрубку. Так же на кристалле чипа ученые создали сверхпроводящие детекторы на основе нанопроводников и нанофотонные волноводы. Каждый источник единичных фотонов был связан с двумя детекторами и одним волноводом, которые все вместе выполняли роль своего рода логического элемента.

Весь кристалл фотонно-квантового чипа был охлажден при помощи жидкого гелия до криогенной температуры. В таких условиях логические элементы чипа были в состоянии излучать фотоны с определенными параметрами, производить их примитивную обработку и детектировать информацию, заключенную в фотонах после обработки.

И в заключении следует отметить, что данную работу можно отнести только к разряду фундаментальных исследований. Пока еще не ясно, будет ли подобная технология использоваться на практике, ведь к моменту начала разработки реальных фотонно-квантовых процессоров на свет может появиться масса других более удобных для использования методов и технологий.