Een fotonische chip met maar liefst 128 afstembare componenten blijkt een echt computer "Zwitsers zakmes" te zijn met een verscheidenheid aan toepassingen. Tijdens haar onderzoek naar het meten van lichtgolflengten met behulp van deze fotonische chip, Caterina Taballione van de Universiteit Twente stuitte toevallig op nog een andere toepassing - door enkele fotonen door het systeem te sturen in plaats van continu licht, de optische componenten kunnen kwantumbewerkingen uitvoeren, ook. Dezelfde chip werkt als een fotonische kwantumprocessor.

Het manipuleren van licht op een chip is nu mogelijk op een zeer geavanceerd niveau, vooral door combinaties van materialen te gebruiken. Onderzoekers kunnen optische golfgeleiders bouwen met zeer lage verliezen met behulp van siliciumnitride, of zeer smalle laserlichtbronnen die indiumfosfide gebruiken. De chip die Caterina Taballione in haar proefschrift presenteert, bevat veel componenten die het licht in en uit afzonderlijke kanalen kunnen splitsen of combineren, vergelijkbaar met een spoorwegemplacement. Het heeft ook ringvormige resonatoren die als filter kunnen werken. De kracht zit in het feit dat de componenten van buitenaf kunnen worden aangestuurd, waardoor de chip flexibel en programmeerbaar is. Het heeft ook toepassingen in kwantumfotonica.

Temperatuurregeling

De componenten worden aangestuurd via temperatuur. De chip heeft veel zogenaamde Mach-Zehnder-interferometers die licht kunnen splitsen van één naar twee lichtgeleidende kanalen - golfgeleiders. Voordat beide kanalen weer aansluiten, een daarvan kan worden geregeld door een temperatuurvariatie toe te passen. Het resultaat is dat de signalen van beide kanalen niet hetzelfde zijn:ze hebben verschillende fasen. De ringvormige onderdelen kunnen ook temperatuurgestuurd zijn. Op deze manier, Taballione was in staat om een ​​zeer nauwkeurige manier te presenteren om golflengten van licht te meten. Voor deze, ze combineert de temperatuurregeling tot een kunstmatig neuraal netwerk.

5G

Het systeem is zeer herconfigureerbaar. Dit maakt het toepasbaar in de aankomende 5G mobiele standaard. In deze standaard draadloze signalen moeten heel precies van een basisstation naar een gebruiker worden gestuurd. Het berekenen van de beste combinatie van antennes om dit te doen, genaamd "straalvormend, " is typisch een taak die de nieuwe chip snel kan uitvoeren, met hoge energie-efficiëntie.

Kwantumverwerking

Allemaal krachtige toepassingen die het potentieel van de fotonische chip laten zien. Maar hoe zit het met afzonderlijk detecteerbare enkelvoudige fotonen aan de ingangen in plaats van een continue lichtbron? In dat geval, de componenten ondersteunen typische kwantumeffecten zoals coalescentie, verstrengeling en superpositie. De fotonen die aan de uitgangen worden gedetecteerd, zijn het resultaat van kwantumverwerking met behulp van de temperatuurregeling van de componenten. Hoewel een enkele fotonlichtbron en detector doorgaans bij lage temperaturen werken, de kwantumprocessor zelf werkt op kamertemperatuur.

Quantum computing met fotonen, daarom, heeft een voordeel ten opzichte van het gebruik van qubits, die alleen werken bij zeer koude temperaturen. Dit maakt van de chip een krachtig platform voor kwantumexperimenten, vooral wanneer het aantal in- en uitgangen verder wordt vergroot, en daarom, het aantal componenten. Het opnemen van een enkele foton-lichtbron en detector zou het systeem ook krachtiger maken. De betrokken UT-wetenschappers richtten daarom een ​​nieuw bedrijf op genaamd QuiX, om de chip breed beschikbaar te maken voor andere wetenschappers en R&D-afdelingen.