Naukowcy z Instytutu Optyki Kwantowej Maksa Plancka są specjalistami w integracji atomów erbu z kryształami krzemu – to idealny budulec dla sieci kwantowych. Ponieważ sam proces udało się przeprowadzić z użyciem znanych metod produkcji półprzewodników i bez wyrafinowanego chłodzenia, może to być krok, który pchnie obliczenia kwantowe na nowe tory. Szczegóły opisano w czasopiśmie Physical Review X.
Sieci kwantowe coraz bliżej
Połączenie komputerów kwantowych w sieć da nam całkowicie nowe możliwości. Przeskok może być nawet większy niż przy pojawieniu się “klasycznego” internetu. Zespół naukowców z Instytutu Optyki Kwantowej Maksa Plancka (MPQ) w Garching i Uniwersytetu Technicznego w Monachium zademonstrował wykonalny sposób na zbudowanie sieci kwantowej przy użyciu atomów w krysztale krzemu. Co to oznacza dla nas? Ta sama technologia stosowana w produkcji poczciwych pecetów może być wykorzystana do rozwoju komputerów kwantowych.
Nowa technologia bazuje na atomach erbu, które są osadzane w sieci krystalicznej krzemu w bardzo specyficznych warunkach.
Wiedzieliśmy z wcześniejszych eksperymentów, że erb ma dobre właściwości optyczne do takiego zastosowania. Atomy tego pierwiastka emitują światło podczerwone o długości fali około 1550 nm – zakres spektralny wykorzystywany do transportu danych w światłowodach. Wykazuje ono jedynie niewielkie straty podczas propagacji w przewodzącym światło włóknie. Ponadto światło emitowane przez erb ma doskonałą koherencję. Te cechy sprawiają, że erb jest doskonałym kandydatem do rozwoju komputerów kwantowych lub do wykorzystania jako nośnik informacji w sieci kwantowej.Dr Andreas Reiserer, szef grupy badawczej Otto Hahn Quantum Networks w MPQ
Aby jednak integracja atomów erbu z krzemem była możliwa, trzeba było najpierw obdarzyć go nanometrowymi strukturami służącymi jako elementy przewodzące światło. Fizycy napromieniowali krzem wiązką jonów erbu, dzięki czemu pojedyncze atomy wnikały i rozpraszały się w różnych miejscach w wysokiej temperaturze.
Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać
W przeciwieństwie do zwykłej procedury, nie podgrzewaliśmy chipów do 1000, a jedynie do maksymalnie 500 stopni Celsjusza. Konsekwencją stosunkowo umiarkowanej temperatury była szczególnie stabilna integracja pojedynczych atomów erbu w sieci krystalicznej, bez większej liczby atomów grupujących się razem. Przejawiło się to w niezwykle wąskich liniach spektralnych w emisji światła podczerwonego przez erb, na poziomie około 10 kHz. To także korzystna właściwość dla budowy sieci kwantowej.Andreas Gritsch, doktorant z MPQ
Zakres możliwych zastosowań przyszłych sieci kwantowych jest ogromny. Można z nich budować komputery kwantowe z dużą liczbą oddzielnych, choć jednocześnie połączonych procesorów. Sieci kwantowe mogłyby zostać wykorzystane do badania właściwości nowych typów materiałów albo posłużyć do zbudowania czegoś na kształt kwantowego internetu.