Одной из актуальных проблем на пути практического использования квантовых технологий является создание приспособления, способного преобразовывать квантовомеханические вибрации (фононы) в свет и обратно.

Именно такое наноустройство, которое в будущем позволит подключать квантовое оборудование к квантовому же Интернету, реализовали на практике Симон Гроблахер (Simon Gröblacher) из Технического университета Делфта (TU Delft) и Маркус Апсельмайер (Markus Aspelmeyer) из Венского университета (Австрия).

Конструкция преобразователя представляет собой миниатюрный кремниевый кронштейн шириной всего пол микрометра, колеблющийся с частотой миллиарды раз в секунду. Упорядоченно распределенные по нему отверстия служат для локализации в одном месте света и механических колебаний. Устройство работает в инфракрасном диапазоне, который является стандартным как для традиционных оптоволоконных сетей, так и для новых схем фотоники.

Обычно, вероятность преобразования фотона в фонон слишком невелика, чтобы быть полезной, но в решении, о котором Гроблахер и Апсельмайер рассказали в недавнем выпуске журнала Nature, каждый такой переход сопровождается испусканием «сигнального» фотона. Обнаружив его, исследователи точно определяли момент успешного преобразования. После этого, используя лазер, они инициировали обратное преобразование с излучением фотона.

Тщательно подсчитав количество сигнальных и испущенных фотонов, авторы смогли продемонстрировать, что все это преобразование происходит на квантовом уровне — по одной частице за раз. Такой результат свидетельствует о пригодности этого процесса для преобразования и хранения кубитов. Он также имеет фундаментальное значение, поскольку наглядно показывает, что механические вибрации на квантовом уровне ведут себя подобно частицам.