Интегрированная фотоника для квантовых технологий

Международная группа ведущих ученых во главе с физиком из Падерборна проф. Клаусом Йонсом (Klaus Jöns) составила всесторонний обзор потенциала, глобальных перспектив, предыстории и границ интегрированной фотоники. Статья — дорожная карта для интегральных фотонных схем для квантовых технологий — была опубликована в журнале Nature Reviews Physics. В обзоре описаны основные технологии, представлено текущее состояние исследований и описаны возможные приложения в будущем.

«Фотонно-квантовые технологии достигли ряда важных вех за последние 20 лет. Но масштабируемость остается серьезной проблемой, когда дело доходит до преобразования результатов из лаборатории в повседневные приложения. Приложениям часто требуется более 1000 оптических компонентов, каждый из которых должен быть индивидуально оптимизирован. Однако фотонные квантовые технологии могут выиграть от параллельных разработок в области классической фотонной интеграции», — объясняет проф. Йонс.

По словам ученых, необходимы дополнительные исследования. «Интегрированные фотонные платформы, требующие различных материалов, конструкций компонентов и стратегий интеграции, создают множество проблем, в частности, потери сигнала, которые нелегко компенсировать в квантовом мире», — продолжает проф. Йонс. В своей статье авторы заявляют, что сложный инновационный цикл для интегрированных фотонных квантовых технологий (IPQT) требует инвестиций, решения конкретных технологических задач, развития необходимой инфраструктуры и дальнейшего структурирования в направлении зрелой экосистемы. Они пришли к выводу, что растет спрос на ученых и инженеров, обладающих существенными знаниями в области квантовой механики и ее технологических приложений.

Интегрированная квантовая фотоника использует классические интегрированные фотонные технологии и устройства для квантовых приложений, при этом интеграция на уровне микросхем имеет решающее значение для масштабирования и преобразования лабораторных демонстрационных технологий в реальные технологии. Проф. Йонс объясняет: «Усилия в области интегрированной квантовой фотоники широкомасштабны и включают разработку квантово-фотонных схем, которые могут быть монолитно, гибридно или гетерогенно интегрированы. В нашей статье мы обсуждаем, какие приложения могут стать возможными в будущем с помощью преодоление существующих препятствий».

Ученые также представляют обзор исследовательской среды и обсуждают инновации и рыночный потенциал. Цель состоит в том, чтобы стимулировать дальнейшие исследования и финансирование исследований путем определения не только научных вопросов, но и проблем, связанных с развитием необходимой производственной инфраструктуры и цепочек поставок для вывода технологий на рынок.

По мнению ученых, необходимо срочно вкладывать значительные средства в образование, чтобы подготовить следующее поколение инженеров IPQT. Проф. Йонс говорит: «Независимо от типа технологии, которая будет использоваться в коммерческих квантовых устройствах, основополагающие принципы квантовой механики одни и те же. Мы прогнозируем растущий спрос на ученых и инженеров, обладающих существенными знаниями как в области квантовой механики, так и в ее технологических приложениях. Инвестиции в образование следующего поколения будут способствовать расширению научных и технологических границ».