Создан ультратонкий чип для управления лазерами в квантовых компьютерах

Учёные из Университета Колорадо в Боулдере и Национальных лабораторий Сандия представили новый тип оптического фазового модулятора, который может стать ключевым компонентом для будущих масштабируемых квантовых компьютеров. Устройство, описанное в журнале Nature Communications, почти в 100 раз тоньше человеческого волоса.

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

Главное преимущество разработки — метод её производства. Чип создан с использованием стандартных CMOS-технологий, применяемых для массового выпуска процессоров для смартфонов и компьютеров. Это делает устройство практичным для крупносерийного производства.

Чип использует микроволновые колебания для сверхточного управления лазерным светом, что критически важно для квантовых вычислений на основе захваченных ионов или атомов. В таких системах каждый атом выступает в роли кубита, а для управления ими требуются лазеры, настроенные с феноменальной точностью.

«Создание новых копий лазера с очень точными различиями в частоте — один из важнейших инструментов для работы с квантовыми компьютерами на основе атомов и ионов», — пояснил ведущий автор исследования Джейк Фридман.

Новый модулятор генерирует необходимые сдвиги частоты, потребляя примерно в 80 раз меньше микроволновой мощности, чем многие коммерческие аналоги. Низкое энергопотребление означает меньше тепла, что позволяет размещать множество каналов управления на одном чипе.

«CMOS-производство — самая масштабируемая технология, которую когда-либо изобретало человечество», — отметил профессор Мэтт Айхенфилд. Используя её, в будущем можно будет производить тысячи или даже миллионы идентичных фотонных устройств, что и нужно для квантовых вычислений.

Сейчас команда работает над созданием полностью интегрированных фотонных схем, объединяющих генерацию частоты, фильтрацию и формирование импульсов на одном чипе. Следующим шагом станет тестирование разработки в сотрудничестве с компаниями, создающими квантовые компьютеры.

Исследование поддержано программой Quantum Systems Accelerator Министерства энергетики США.