Фотонная связь для осуществления кремниевого квантового интернета

Один кубит с Т-центром в решетке кремния, который поддерживает первый одиночный спин, который когда-либо наблюдался оптически в кремнии. Составляющие Т-центра (два атома углерода и атом водорода) показаны оранжевым цветом, а спин электрона с оптической адресацией — бледно-голубым. Автор: Photonic

Исследователи из Университета Саймона Фрейзера совершили решающий прорыв в развитии квантовой технологии.

Их исследование, опубликованное в журнале Nature, описывает наблюдения за более чем 150 000 кремниевых “Т-центровых” фотонно-спиновых кубитов, что является важной вехой, открывающей непосредственные возможности для создания масштабируемых квантовых компьютеров и квантового интернета

Квантовые вычисления обладают огромным потенциалом для обеспечения вычислительной мощности, значительно превосходящей возможности современных суперкомпьютеров, что может способствовать прогрессу во многих других областях, включая химию, материаловедение, медицину и кибербезопасность.

Чтобы сделать это реальностью, необходимо создать как стабильные, долговечные кубиты, обеспечивающие вычислительную мощность, так и коммуникационную технологию, которая позволяет этим кубитам объединяться.

Прошлые исследования показали, что кремний может производить одни из самых стабильных и долгоживущих кубитов в отрасли. Теперь исследование, опубликованное Дэниелом Хиггинботтомом и Алексом Куркджяном, дает принципиальное доказательство того, что Т-центры, это специфический люминесцентный дефект в кремнии, могут обеспечивать “фотонную связь” между кубитами.

Набор интегрированных фотонных устройств, используемых для выполнения первого полностью оптического односпинового измерения в кремнии. В центре каждой «микрошайбы» визуализируется одно люминесцентное вращение. Спиралевидная стрелка указывает на фотонную связь от одного из этих спиновых кубитов. Автор: Photonic

“Эта работа является первым изолированным измерением одиночных Т-центров и фактически первым измерением любого одиночного спина в кремнии, выполненным только с помощью оптических измерений”, – говорит Стефани Симмонс.

Кроме того, T-центры излучают свет на той же длине волны, что и современное оборудование для оптоволоконной связи и телекоммуникационных сетей в мегаполисах.

Изображение с оптического микроскопа массива интегрированных фотонных устройств, используемых для выполнения первого полностью оптического односпинового измерения в кремнии. Десятки тысяч таких ‘микропакетных’ устройств были изготовлены на одном кремниевом фотонном чипе. Автор: Photonic

“С помощью T-центров вы можете создавать квантовые процессоры, которые по своей сути взаимодействуют с другими процессорами”, – говорит Симмонс. “Когда ваш кремниевый кубит может обмениваться данными, испуская фотоны (свет) в том же диапазоне, который используется в центрах обработки данных и оптоволоконных сетях, вы получаете те же преимущества для подключения миллионов кубитов, необходимых для квантовых вычислений”.

Разработка квантовых технологий с использованием кремния открывает возможности для быстрого масштабирования квантовых вычислений. Мировая полупроводниковая промышленность уже способна недорого производить кремниевые компьютерные чипы в больших масштабах с ошеломляющей степенью точности. Эта технология составляет основу современных вычислений и сетей, от смартфонов до самых мощных суперкомпьютеров в мире.

Статья: Stephanie Simmons, Optical observation of single spins in silicon, Nature (2022).  DOI: 10.1038/s41586-022-04821-ywww.nature.com/articles/s41586-022-04821-y

0
    0
    Ваша корзина
    Ваша корзина пустаВернуться к курсам