De belofte van een kwantuminternet hangt af van de complexiteit van het gebruik van licht om kwantuminformatie over glasvezelnetwerken te verzenden. Een mogelijke stap voorwaarts werd vandaag gemeld door onderzoekers in Zweden die geïntegreerde chips ontwikkelden die op verzoek en zonder extreme koeling lichte deeltjes kunnen genereren.

Quantum computing is tegenwoordig afhankelijk van toestanden van materie, dat is, elektronen die qubits aan informatie dragen om meerdere berekeningen tegelijk uit te voeren, in een fractie van de tijd die nodig is bij klassieke informatica.

De co-auteur van het onderzoek, Val Zwiller, Professor bij KTH Royal Institute of Technology, zegt dat om kwantumcomputing naadloos te integreren met glasvezelnetwerken - die tegenwoordig door internet worden gebruikt - een veelbelovende benadering zou zijn om optische fotonen te gebruiken.

"De fotonische benadering biedt een natuurlijke link tussen communicatie en berekening, "zegt hij. "Dat is belangrijk, omdat het einddoel is om de verwerkte kwantuminformatie met behulp van licht door te geven."

Maar om fotonen on-demand qubits te laten leveren in kwantumsystemen, ze moeten worden uitgestoten in een deterministische, in plaats van waarschijnlijk, mode. Dit kan worden bereikt bij extreem lage temperaturen in kunstmatige atomen, maar vandaag rapporteerde de onderzoeksgroep van KTH een manier om het te laten werken in optische geïntegreerde schakelingen - bij kamertemperatuur.

Met de nieuwe methode kunnen fotonenzenders nauwkeurig worden gepositioneerd in geïntegreerde optische circuits die lijken op koperdraden voor elektriciteit, behalve dat ze in plaats daarvan licht dragen, zegt co-auteur van het onderzoek, Ali Elshaari, Universitair hoofddocent bij KTH.

De onderzoekers maakten gebruik van de single-photon-emitting eigenschappen van hexagonaal boornitride (hBN), een gelaagd materiaal. hBN is een veelgebruikte verbinding in keramiek, legeringen, harsen, kunststoffen en rubbers om ze zelfsmerende eigenschappen te geven. Ze integreerden het materiaal met siliciumnitride-golfgeleiders om de uitgezonden fotonen te sturen.

Kwantumcircuits met licht werken ofwel bij cryogene temperaturen - plus 4 Kelvin boven het absolute nulpunt - met behulp van atoomachtige enkelvoudige fotonbronnen, of bij kamertemperatuur met behulp van willekeurige enkele fotonbronnen, zegt Elshaari. Daarentegen, de bij KTH ontwikkelde techniek maakt optische circuits mogelijk met on-demand emissie van lichtdeeltjes bij kamertemperatuur.

"In bestaande optische circuits die bij kamertemperatuur werken, je weet nooit wanneer het enkele foton wordt gegenereerd, tenzij je een aankondigende meting doet, " zegt Elshaari. "We hebben een deterministisch proces gerealiseerd dat de emitters van lichtdeeltjes die bij kamertemperatuur werken, precies positioneert in een geïntegreerd fotonisch circuit."

De onderzoekers rapporteerden koppeling van hBN enkele foton emitter aan siliciumnitride golfgeleiders, en ze ontwikkelden een methode om de kwantumstralers in beeld te brengen. Vervolgens in een hybride benadering, het team bouwde de fotonische circuits met betrekking tot de locaties van de kwantumbronnen met behulp van een reeks stappen met elektronenstraallithografie en etsen, met behoud van de hoge kwaliteit van het kwantumlicht.

De prestatie opent een weg naar hybride integratie, dat is, het opnemen van atoomachtige single-photon emitters in fotonische platforms die niet op verzoek efficiënt licht kunnen uitstralen.