Löftet om ett kvantinternet beror på komplexiteten i att utnyttja ljus för att överföra kvantinformation över fiberoptiska nät. Ett potentiellt steg framåt rapporterades idag av forskare i Sverige som utvecklat integrerade chips som kan generera lätta partiklar på begäran och utan behov av extrem kylning.

Kvantberäkningar förlitar sig idag på materiens tillstånd, det är, elektroner som bär qubits av information för att utföra flera beräkningar samtidigt, på en bråkdel av den tid det tar med klassisk datoranvändning.

Medförfattaren till forskningen, Val Zwiller, Professor vid Kungliga Tekniska Högskolan, säger att för att integrera kvantberäkning sömlöst med fiberoptiska nätverk – som används av internet idag – skulle ett mer lovande tillvägagångssätt vara att utnyttja optiska fotoner.

"Det fotoniska tillvägagångssättet erbjuder en naturlig koppling mellan kommunikation och beräkning, " säger han. "Det är viktigt, eftersom slutmålet är att överföra den bearbetade kvantinformationen med hjälp av ljus."

Men för att fotoner ska leverera qubits on-demand i kvantsystem, de måste sändas ut i en deterministisk, snarare än sannolikhet, mode. Detta kan åstadkommas vid extremt låga temperaturer i artificiella atomer, men idag rapporterade forskargruppen vid KTH om ett sätt att få det att fungera i optiska integrerade kretsar — ​​vid rumstemperatur.

Den nya metoden gör det möjligt för fotonemittrar att placeras exakt i integrerade optiska kretsar som liknar koppartrådar för elektricitet, förutom att de bär ljus istället, säger medförfattare till forskningen, Ali Elshaari, Docent vid KTH.

Forskarna utnyttjade de singelfotonemitterande egenskaperna hos hexagonal bornitrid (hBN), ett skiktat material. hBN är en förening som ofta används används keramik, legeringar, hartser, plast och gummi för att ge dem självsmörjande egenskaper. De integrerade materialet med vågledare av kiselnitrid för att rikta de emitterade fotonerna.

Kvantkretsar med ljus drivs antingen vid kryogena temperaturer – plus 4 Kelvin över absolut noll – med hjälp av atomliknande enfotonkällor, eller vid rumstemperatur med slumpmässiga enkla fotonkällor, säger Elshaari. Däremot tekniken som utvecklats vid KTH möjliggör optiska kretsar med on-demand-emission av ljuspartiklar vid rumstemperatur.

"I befintliga optiska kretsar som arbetar vid rumstemperatur, du vet aldrig när den enda fotonen genereras om du inte gör en förebådande mätning, "Elshaari säger." Vi insåg en deterministisk process som exakt positionerar ljuspartiklar som sänder ut vid rumstemperatur i en integrerad fotonisk krets. "

Forskarna rapporterade koppling av hBN enkelfotonemitter till vågledare av kiselnitrid, och de utvecklade en metod för att avbilda kvantemitterna. Sedan i en hybridmetod, teamet byggde de fotoniska kretsarna med avseende på kvantkällornas platser med hjälp av en serie steg som involverade elektronstrålelitografi och etsning, samtidigt som kvantljuset bevaras av hög kvalitet.

Prestationen öppnar en väg till hybridintegration, det är, införliva atomliknande enfotonemitters i fotoniska plattformar som inte kan sända ut ljus effektivt vid behov.