Крошечный кремниевый чип связывает микроволны и свет
Представьте, что в будущем квантовые компьютеры смогут общаться друг с другом через города, страны и даже континенты, не теряя своей загадочной квантовой связи.
Группа исследователей из Университета Британской Колумбии (UBC) создала устройство, которое может помочь нам реализовать это будущее.
Это устройство, представляющее собой крошечный кремниевый чип, работает как универсальный преобразователь, переводя сигналы между двумя несовместимыми видами энергии: микроволнами и светом. Этот чип может преобразовывать до 95% квантового сигнала в обоих направлениях практически без шума.
«Это всё равно что найти переводчика, который правильно переводит почти каждое слово, сохраняет смысл и не добавляет ничего лишнего», — сказал ведущий исследователь Мохаммад Халифа, аспирант Института квантовой материи Блуссона при Университете Британской Колумбии.
Халифа и его команда предполагают, что это нововведение однажды может воплотить в жизнь мечту о квантовом интернете, сделав передачу информации более безопасной, быстрой и мощной, чем всё, что у нас есть сегодня.
Квантовая связь — сложная штука
Квантовые компьютеры хранят и обрабатывают информацию с помощью микроволновых сигналов, но микроволны плохо проходят по длинным кабелям, поглощаются и теряются. Поэтому в интернете используются световые сигналы (оптические фотоны), которые передаются по оптоволоконным кабелям.
Чтобы квантовый интернет работал, нам нужен способ преобразования микроволновых сигналов в оптические и обратно без ущерба для хрупкой квантовой информации, которую они несут. Это сложнее, чем кажется. Даже малейшие помехи при таком преобразовании могут разрушить квантовую связь между запутанными частицами, испортив данные.
Многие экспериментальные устройства пытались решить эту проблему, но большинство из них создают слишком много шума, не работают в обе стороны или работают только в сложных лабораторных условиях. Команда из Университета Британской Колумбии предложила устройство, которое решает эту проблему с помощью хитрого трюка внутри кремния. Их разработка включает в себя кремниевый чип, похожий на те, что используются в повседневной электронике, но с намеренно добавленными крошечными магнитными дефектами.
Эти дефекты содержат электроны, захваченные в определённых точках. Когда микроволновый сигнал (используемый в квантовых вычислениях) и оптический сигнал (используемый в коммуникации) тщательно настраиваются в соответствии с энергетическими уровнями этих захваченных электронов, электроны могут менять состояние без поглощения энергии.
Это позволяет им выступать в роли посредников, плавно преобразуя один тип сигнала в другой, и делают они это очень эффективно. Например, чип может преобразовывать до 95% сигнала практически без добавления шума, что является огромным улучшением по сравнению с предыдущими попытками.
«Самое главное, что это устройство сохраняет квантовые связи между удалёнными частицами и работает в обоих направлениях. Без него у вас были бы просто дорогие отдельные компьютеры. С ним вы получаете настоящую квантовую сеть», — добавил Халифа.
Он также чрезвычайно энергоэффективен и потребляет всего миллионные доли ватта. Для обеспечения стабильности и совместимости с квантовыми технологиями в конструкции используются сверхпроводящие материалы, которые проводят электричество без сопротивления.
Будущее квантового интернета
Хотя этот подход всё ещё остаётся теоретическим, предложенная конструкция чипа представляет собой значительный шаг вперёд в создании квантовых сетей для передачи данных на большие расстояния. Если этот проект будет реализован, он позволит квантовым компьютерам в разных частях света оставаться связанными таким образом, который недоступен классическим системам.
Это может привести к созданию неподдающихся взлому интернет-коммуникаций, систем GPS внутри помещений и сверхмощных вычислительных инструментов, способных разрабатывать новые лекарства или моделировать сложные природные системы.
Получите скидку 5%, сообщив менеджеру что узнали о нас на дзен.