Физики сформулировали новую теоретическую модель и разработали действующую установку, которая позволит создавать компактные оптические элементы для чипов квантового компьютера. Результаты работы ученых из МГУ имени М.В. Ломоносова были опубликованы в журнале Optics Letters.

Одной из важных характеристик светового пучка является поляризация, то есть направление плоскости распространения световой волны. Сведения о поляризации световой волны наряду с другими физическими характеристиками можно использовать в качестве дополнительной информации о состоянии света. Если мы научимся управлять поляризационным состоянием, это значительно расширяет возможности оптических устройств. В частности, оптические элементы, позволяющие контролировать поляризацию света, могут использоваться в чипах квантовых компьютеров. С их помощью увеличивается число способов, которыми можно изменить состояние света. Другими словами, размерность полного преобразования.

«Основная цель работы — развитие методов управления поляризационным состоянием света на чипе. Использование поляризационных преобразований квантовых состояний света вкупе с пространственными преобразованиями позволяет эффективно увеличить размерность полного преобразования без существенного увеличения числа оптических элементов», — рассказал один из авторов исследования Иван Дьяконов, научный сотрудник кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ.

Для создания устройства ученые использовали лазер, генерирующий сверхкороткие импульсы. Этот метод называется фемтосекундной печатью (ФСП) и является наиболее быстрым и дешевым способом создания подобных устройств. В частности, с помощью ФСП создают волноводы — специальные каналы, по которым распространяется свет. Однако в волноводах, созданных при помощи такой техники, физические свойства распределены однородно по всем направлениям (такое свойство называется низкой анизотропией). В данном случае это недостаток, который не позволяет создавать устройства компактных размеров. В новой работе удалось преодолеть эту сложность.

«В ходе работы был разработан метод локального увеличения анизотропии, дающий возможность изготавливать поляризационные устройства, занимающие значительно меньше места на чипе, нежели продемонстрированные ранее в других группах», — пояснил ученый. Исследователи придумали теоретическую модель компактного поляризационного устройства, а также создали действующую экспериментальную установку, позволяющую реализовывать этот метод.