In een potentiële boost voor quantum computing en communicatie, een Europese onderzoekssamenwerking rapporteerde een nieuwe methode om afzonderlijke fotonen te controleren en te manipuleren zonder warmte te genereren. De oplossing maakt het mogelijk om optische schakelaars en single-photon detectors in één chip te integreren.

Publiceren in Natuurcommunicatie , het team meldde een optische schakelaar te hebben ontwikkeld die opnieuw is geconfigureerd met microscopische mechanische beweging in plaats van warmte, waardoor de schakelaar compatibel is met warmtegevoelige enkel-fotondetectoren.

Optische schakelaars die tegenwoordig worden gebruikt, werken door lichtgeleiders in een halfgeleiderchip lokaal te verwarmen. "Deze benadering werkt niet voor kwantumoptica, " zegt co-auteur Samuel Gyger, een doctoraat student aan KTH Royal Institute of Technology in Stockholm.

"Omdat we elk afzonderlijk foton willen detecteren, we gebruiken kwantumdetectoren die werken door de warmte te meten die een enkel foton genereert wanneer het wordt geabsorbeerd door een supergeleidend materiaal, " zegt Gyger. "Als we traditionele schakelaars gebruiken, onze detectoren worden overspoeld door hitte, en dus helemaal niet werken."

De nieuwe methode maakt controle over enkele fotonen mogelijk zonder het nadeel van het opwarmen van een halfgeleiderchip en daardoor onbruikbare detectoren van enkelvoudige fotonen. zegt Carlos Errando Herranz, die het onderzoeksidee bedacht en het werk leidde bij KTH als onderdeel van het Europese Quantum Flagship-project, S2QUIP.

Met behulp van micro-elektromechanische (MEMS) aandrijving, de oplossing maakt optisch schakelen en fotonendetectie op een enkele halfgeleiderchip mogelijk, terwijl de koude temperaturen die vereist zijn voor enkelvoudige fotondetectoren behouden blijven.

"Onze technologie zal helpen om alle bouwstenen te verbinden die nodig zijn voor geïntegreerde optische schakelingen voor kwantumtechnologieën, ' Zegt Errando Herranz.

"Quantumtechnologieën zullen veilige berichtversleuteling en berekeningsmethoden mogelijk maken die problemen oplossen die hedendaagse computers niet kunnen, "zegt hij. "En ze zullen simulatietools bieden die ons in staat stellen fundamentele natuurwetten te begrijpen, wat kan leiden tot nieuwe materialen en medicijnen."

De groep zal de technologie verder ontwikkelen om deze compatibel te maken met typische elektronica, wat inhoudt dat de spanningen die in de experimentele opstelling worden gebruikt, worden verlaagd.

Errando Herranz zegt dat de groep ernaar streeft het fabricageproces te integreren in halfgeleidergieterijen die al on-chip optica fabriceren - een noodzakelijke stap om kwantumoptische circuits groot genoeg te maken om enkele van de beloften van kwantumtechnologieën te vervullen.