I en potentiell ökning för kvantberäkning och kommunikation, ett europeiskt forskningssamarbete rapporterade om en ny metod för att styra och manipulera enstaka fotoner utan att generera värme. Lösningen gör det möjligt att integrera optiska switchar och enfotondetektorer i ett enda chip.

Publicerar i Naturkommunikation , teamet rapporterade att de har utvecklat en optisk omkopplare som omkonfigureras med mikroskopisk mekanisk rörelse snarare än värme, gör omkopplaren kompatibel med värmekänsliga enkelfotondetektorer.

Optiska strömbrytare som används idag fungerar genom att lokalt värma ljusledare inuti ett halvledarchip. "Detta tillvägagångssätt fungerar inte för kvantoptik, "säger medförfattaren Samuel Gyger, en doktorsexamen student vid KTH Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm.

"Eftersom vi vill upptäcka varenda foton, vi använder kvantdetektorer som fungerar genom att mäta värmen som en enda foton genererar när den absorberas av ett supraledande material, "Säger Gyger." Om vi ​​använder traditionella switchar, våra detektorer kommer att översvämmas av värme, och fungerar därför inte alls. "

Den nya metoden möjliggör kontroll av enstaka fotoner utan nackdelen med att värma upp ett halvledarchip och därigenom göra en-fotondetektorer värdelösa, säger Carlos Errando Herranz, som tänkt forskningsidén och ledde arbetet vid KTH som en del av projektet European Quantum Flagship, S2QUIP.

Med hjälp av mikroelektromekanisk (MEMS) aktivering, lösningen möjliggör optisk omkoppling och fotondetektering på ett enda halvledarchip samtidigt som de kalla temperaturerna som krävs av enfotondetektorer bibehålls.

"Vår teknik hjälper till att ansluta alla byggstenar som krävs för integrerade optiska kretsar för kvantteknik, "Säger Errando Herranz.

"Kvantteknologi möjliggör säker meddelandekryptering och beräkningsmetoder som löser problem som dagens datorer inte kan, "säger han." Och de kommer att tillhandahålla simuleringsverktyg som gör att vi kan förstå grundläggande naturlagar, vilket kan leda till nya material och läkemedel. "

Gruppen kommer att vidareutveckla tekniken för att göra den kompatibel med typisk elektronik, vilket kommer att innebära att spänningarna som används i den experimentella installationen reduceras.

Errando Herranz säger att gruppen syftar till att integrera tillverkningsprocessen i halvledargjuterier som redan tillverkar optisk chip-ett nödvändigt steg för att göra kvantoptiska kretsar tillräckligt stora för att uppfylla några av löften om kvantteknik.