Forskare utvecklade en ny vågledarmodul för optisk parametrisk förstärkare (OPA) (bilden), som de kombinerade med en specialdesignad fotondetektor för att generera starkt icke-klassiskt ljus som kan användas för kvantexperiment. Kredit:Kan Takase, University of Tokyo
För första gången har forskare framgångsrikt genererat starkt icke-klassiskt ljus med hjälp av en modulär vågledarbaserad ljuskälla. Prestationen representerar ett avgörande steg mot att skapa snabbare och mer praktiska optiska kvantdatorer.
"Vårt mål är att dramatiskt förbättra informationsbehandlingen genom att utveckla snabbare kvantdatorer som kan utföra vilken typ av beräkning som helst utan fel", säger forskargruppsmedlem Kan Takase från University of Tokyo. "Även om det finns flera sätt att skapa en kvantdator, är ljusbaserade tillvägagångssätt lovande eftersom informationsprocessorn kan arbeta i rumstemperatur och beräkningsskalan kan enkelt utökas."
I Optica Publishing Groups tidskrift Optics Express , beskriver ett multiinstitutionellt team av forskare från Japan den vågledarmodul för optisk parametrisk förstärkare (OPA) som de skapade för kvantexperiment. Genom att kombinera denna enhet med en specialdesignad fotondetektor kunde de generera ett ljustillstånd som kallas Schrödinger cat, vilket är en överlagring av koherenta tillstånd.
"Vår metod för att generera kvantljus kan användas för att öka beräkningskraften hos kvantdatorer och för att göra informationsprocessorn mer kompakt", säger Takase. "Vårt tillvägagångssätt överträffar konventionella metoder, och den modulära vågledaren OPA är lätt att använda och integrera i kvantdatorer."
Genererar starkt icke-klassiskt ljus
Kontinuerligt vågpressat ljus används för att generera de olika kvanttillstånden som är nödvändiga för att utföra kvantberäkning. För bästa datorprestanda måste den klämda ljuskällan uppvisa mycket låga nivåer av ljusförlust och vara bredbandig, vilket innebär att den inkluderar ett brett spektrum av frekvenser.
"Vi vill öka klockfrekvensen för optiska kvantdatorer, som i princip kan uppnå terahertz-frekvenser", säger Takase. "Högre klockfrekvenser möjliggör snabbare exekvering av beräkningsuppgifter och gör att fördröjningslinjerna i de optiska kretsarna kan förkortas. Detta gör optiska kvantdatorer mer kompakta samtidigt som det gör det lättare att utveckla och stabilisera det övergripande systemet."
Forskare utvecklade en ny vågledarmodul för optisk parametrisk förstärkare (OPA), som de kombinerade med en specialdesignad fotondetektor (bilden) för att generera starkt icke-klassiskt ljus som kan användas för kvantexperiment. Kredit:Kan Takase, University of Tokyo
OPA använder icke-linjära optiska kristaller för att generera sammanpressat ljus, men konventionella OPA genererar inte kvantljuset med de egenskaper som krävs för snabbare kvantberäkning. För att övervinna denna utmaning utvecklade forskare från Tokyos universitet och NTT Corporation en OPA baserad på en enhet av vågledartyp som uppnår hög effektivitet genom att begränsa ljuset till en smal kristall.
Genom att noggrant designa vågledaren och tillverka den med precisionsbearbetning kunde de skapa en OPA-enhet med mycket mindre utbredningsförlust än konventionella enheter. Den kan också modulariseras för användning i olika experiment med kvantteknologier.
Designa rätt detektor
OPA-enheten designades för att skapa sammanpressat ljus vid telekommunikationsvåglängder, ett våglängdsområde som tenderar att uppvisa låga förluster. För att slutföra systemet behövde forskarna en högpresterande fotondetektor som fungerade vid telekomvåglängder. Standardfotondetektorer baserade på halvledare uppfyller dock inte prestandakraven för denna applikation.
Således utvecklade forskare från University of Tokyo och National Institute of Information and Communications Technology (NICT) en detektor designad speciellt för kvantoptik. Den nya supraledande nanostrip-fotondetektorn (SNPD) använder supraledningsteknik för att detektera fotoner.
"Vi kombinerade vår nya vågledare OPA med den här fotondetektorn för att generera ett högst icke-klassiskt - eller kvanttillstånd - av ljus som kallas Schrödinger cat," sa Takase. "Att generera detta tillstånd, vilket är svårt med konventionella, lågeffektiva vågledar-OPA, bekräftar den höga prestandan hos vår vågledar-OPA och öppnar möjligheten att använda den här enheten för ett brett utbud av kvantexperiment."
Forskarna tittar nu på hur man kan kombinera höghastighetsmättekniker med den nya vågledaren OPA för att komma närmare sitt mål med ultrasnabb optisk kvantberäkning. + Utforska vidare
