Forskare från Köpenhamns universitet har utvecklat en nanokomponent som avger lätta partiklar som bär kvantinformation. Mindre än en tiondel av ett människohår, den minimala komponenten gör det möjligt att skala upp och kan i slutändan nå de möjligheter som krävs för en kvantdator eller kvantinternet. Forskningsresultatet placerar Danmark i spetsen för flocken i kvantloppet.

Team runt om i världen arbetar med att utveckla kvantteknologier. Fokus för forskare baserade vid Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q) vid Köpenhamns universitets Niels Bohr Institute ligger på att utveckla kvantkommunikationsteknologi baserad på ljuskretsar, kända som nanofotoniska kretsar. KU:s forskare har nu gjort ett stort framsteg.

"Det är ett riktigt stort resultat, trots att komponenten är så liten, " säger biträdande professor Leonardo Midolo, som har arbetat för detta genombrott under de senaste fem åren.

Forskargruppen har uppfunnit en komponent, kallas en nanomekanisk router, som avger kvantinformation som bärs av ljuspartiklar (fotoner) och dirigerar dem i olika riktningar inuti ett fotoniskt chip. Fotoniska chips är som datormikrochips - bara, de använder ljus istället för elektroner. Komponenten kombinerar nano-opto-mekanik och kvantfotonik - två forskningsområden som, tills nu, har aldrig kombinerats. Mest spektakulärt av allt är storleken på komponenten, bara en tiondel av ett människohår. Det är denna mikroskopiska storlek som gör den så lovande för framtida tillämpningar.

"Att sammanföra nanomekanikens och kvantfotonikens världar är ett sätt att skala upp kvantteknologin. Inom kvantfysik, det har varit en utmaning att skala system. Tills nu, vi har kunnat skicka iväg enskilda fotoner. Dock, att göra mer avancerade saker med kvantfysik, vi kommer att behöva skala upp systemen, vilket är vad denna uppfinning tillåter. För att bygga en kvantdator eller kvantinternet, du behöver inte bara en foton i taget, du behöver många fotoner samtidigt som du kan ansluta till varandra, " förklarar Leonardo Midolo.

Att uppnå "kvantöverhöghet" är realistiskt

Att utnyttja kvantmekaniska lagar, t.ex. att bygga en kvantdator eller ett kvantinternet, många nanomekaniska routrar måste integreras i samma chip. Cirka 50 fotoner krävs för att ha tillräckligt med kraft för att uppnå vad som kallas "kvantöverhöghet". Enligt Midolo, den nya nanomekaniska routern gör det till ett realistiskt mål.

"Vi har beräknat att vår nanomekaniska router redan kan skalas upp till tio fotoner, och med ytterligare förbättringar, den borde kunna uppnå de 50 fotoner som behövs för att nå "kvantöverhöghet."

Uppfinningen är också ett stort steg framåt när det gäller att kontrollera ljus i ett chip. Befintlig teknik gör att endast ett fåtal routrar kan integreras på ett enda chip på grund av den stora enhetens fotavtryck. Nanomekaniska routrar, tvärtom, är så små att flera tusen kan integreras i samma chip.

"Vår komponent är extremt effektiv. Det handlar om att kunna sända ut många fotoner samtidigt, utan att förlora någon av dem. Ingen annan nuvarande teknik tillåter detta, säger Leonardo Midolo.

Forskningen utförs i Quantum Photonics Group vid Niels Bohr Institute, som är en del av det nyinrättade Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q)