Voor het eerst hebben onderzoekers met succes sterk niet-klassiek licht gegenereerd met behulp van een modulaire lichtbron op basis van golfgeleiders. De prestatie is een cruciale stap in de richting van het creëren van snellere en meer praktische optische kwantumcomputers.

"Ons doel is om de informatieverwerking drastisch te verbeteren door snellere kwantumcomputers te ontwikkelen die elk type berekening zonder fouten kunnen uitvoeren", zegt onderzoeksteamlid Kan Takase van de Universiteit van Tokio. "Hoewel er verschillende manieren zijn om een ​​kwantumcomputer te maken, zijn op licht gebaseerde benaderingen veelbelovend omdat de informatieprocessor bij kamertemperatuur kan werken en de rekenschaal gemakkelijk kan worden uitgebreid."

In het tijdschrift Optica Publishing Group Optics Express , beschrijft een multi-institutioneel team van onderzoekers uit Japan de waveguide optische parametrische versterker (OPA) -module die ze hebben gemaakt voor kwantumexperimenten. Door dit apparaat te combineren met een speciaal ontworpen fotondetector, konden ze een lichttoestand genereren die bekend staat als Schrödinger-kat, een superpositie van coherente toestanden.

"Onze methode voor het genereren van kwantumlicht kan worden gebruikt om de rekenkracht van kwantumcomputers te vergroten en de informatieverwerker compacter te maken", zegt Takase. "Onze aanpak presteert beter dan conventionele methoden, en de modulaire golfgeleider OPA is eenvoudig te bedienen en te integreren in kwantumcomputers."

Sterk niet-klassiek licht genereren

Continu golvend licht wordt gebruikt om de verschillende kwantumtoestanden te genereren die nodig zijn om kwantumcomputers uit te voeren. Voor de beste computerprestaties moet de samengedrukte lichtbron een zeer laag lichtverlies vertonen en breedbandig zijn, wat inhoudt dat hij een breed frequentiebereik heeft.

"We willen de klokfrequentie van optische kwantumcomputers verhogen, die in principe terahertz-frequenties kunnen bereiken", zegt Takase. "Hogere klokfrequenties maken een snellere uitvoering van rekentaken mogelijk en maken het mogelijk de vertragingslijnen in de optische circuits te verkorten. Dit maakt optische kwantumcomputers compacter en maakt het ook gemakkelijker om het totale systeem te ontwikkelen en te stabiliseren."

OPA's gebruiken niet-lineaire optische kristallen om geperst licht te genereren, maar conventionele OPA's genereren niet het kwantumlicht met de eigenschappen die nodig zijn voor snellere kwantumcomputers. Om deze uitdaging het hoofd te bieden, hebben onderzoekers van de Universiteit van Tokyo en NTT Corporation een OPA ontwikkeld op basis van een apparaat van het golfgeleidertype dat een hoge efficiëntie bereikt door het licht te beperken tot een smal kristal.

Door de golfgeleider zorgvuldig te ontwerpen en met precisieverwerking te vervaardigen, waren ze in staat om een ​​OPA-apparaat te creëren met een veel kleiner voortplantingsverlies dan conventionele apparaten. Het kan ook worden gemodulariseerd voor gebruik in verschillende experimenten met kwantumtechnologieën.

De juiste detector ontwerpen

Het OPA-apparaat is ontworpen om samengeperst licht te creëren op telecommunicatiegolflengten, een golflengtegebied dat de neiging heeft om lage verliezen te vertonen. Om het systeem te voltooien, hadden onderzoekers een krachtige fotondetector nodig die werkte op telecomgolflengten. Standaard fotondetectoren op basis van halfgeleiders voldoen echter niet aan de prestatie-eisen voor deze toepassing.

Zo ontwikkelden onderzoekers van de Universiteit van Tokyo en het National Institute of Information and Communications Technology (NICT) een detector die speciaal is ontworpen voor kwantumoptica. De nieuwe supergeleidende nanostrip-fotondetector (SNPD) maakt gebruik van supergeleidingstechnologie om fotonen te detecteren.

"We hebben onze nieuwe golfgeleider OPA gecombineerd met deze fotondetector om een ​​zeer niet-klassieke of kwantumtoestand van licht te genereren, de Schrödinger-kat genaamd", zegt Takase. "Het genereren van deze toestand, die moeilijk is met conventionele, laag-efficiënte golfgeleider-OPA's, bevestigt de hoge prestaties van onze golfgeleider-OPA en opent de mogelijkheid om dit apparaat te gebruiken voor een breed scala aan kwantumexperimenten."

De onderzoekers bekijken nu hoe ze hogesnelheidsmeettechnieken kunnen combineren met de nieuwe golfgeleider OPA om dichter bij hun doel van ultrasnelle optische kwantumcomputing te komen. + Verder verkennen

Op maat gemaakte enkele fotonen:optische controle van fotonen als sleutel tot nieuwe technologieën