Создан крошечный оптический модулятор для будущих квантовых компьютеров

Учёные совершили прорыв в создании квантовых компьютеров, разработав оптический фазовый модулятор размером почти в 100 раз меньше диаметра человеческого волоса. Устройство, описанное в журнале Nature Communications, позволит эффективно управлять лазерами, необходимыми для работы тысяч или даже миллионов кубитов.

Оптический чип, разработанный в ходе исследования. Автор: Джейк Фридман

Ключевое преимущество новой технологии — её масштабируемость. Устройство создано с использованием стандартных процессов CMOS-производства, применяемых для изготовления обычных компьютерных процессоров, что делает его практичным и недорогим в массовом производстве.

Модулятор использует сверхбыстрые микроволновые колебания для точного управления фазой лазерного луча. Это позволяет генерировать новые частоты света с высокой стабильностью, что критически важно для квантовых вычислений, квантовых сенсоров и сетей.

3D-визуализация устройства. Автор: Джейк Фридман

В современных квантовых системах, основанных на захваченных ионах или атомах, для управления кубитами требуются громоздкие настольные модуляторы, потребляющие много энергии. Новый чип решает эту проблему, потребляя примерно в 80 раз меньше микроволновой мощности, чем многие коммерческие аналоги, что снижает тепловыделение и позволяет размещать множество каналов на одном кристалле.

«Вы не построите квантовый компьютер со 100 000 громоздких электрооптических модуляторов в складе, полном оптических столов. Нужны гораздо более масштабируемые способы производства», — пояснил профессор Мэтт Айхенфилд.

Исследователи уже работают над созданием полностью интегрированных фотонных схем, которые объединят генерацию частоты, фильтрацию и формирование импульсов на одном чипе. В ближайших планах — сотрудничество с компаниями, разрабатывающими квантовые компьютеры, для тестирования чипов в реальных системах.

«Это устройство — один из последних элементов головоломки. Мы приближаемся к созданию действительно масштабируемой фотонной платформы, способной управлять очень большим количеством кубитов», — заявил ведущий автор работы Джейк Фридман.