Продемонстрирован прототип оптоэлектрического преобразователя квантовой информации

Сотрудники Калифорнийского университета в Санта-Барбаре осуществили первый, и возможно, самый трудный этап процесса преобразования электрических квантовых состояний в оптические, что в итоге сделает возможными сверхбыстрые и защищенные коммуникации.

В статье, опубликованной в Nature Physics, они описывают наномеханический преобразователь, обеспечивающий прочное и когерентное связывание микроволнового сигнала и фотонов.

В сегодняшних быстродействующих информационных магистралях электрические сигналы тоже преобразуются в свет и пересылаются по оптоволоконным линиям, но реализовать это же для квантовой информации оставалось одной из больших актуальных задач квантовой физики.

В статье изложена концепция и представлено прототипное устройство, в котором оптомеханический кристалл встроен в пьезоэлектрический материал способом, обеспечивающим совместимость со сверхпроводящими кубитами, квантовыми аналогами классических битов. Работая с устройством на однофотонном пределе, ученые смогли генерировать когерентные взаимодействия между электрическими сигналами, высокочастотными механическими вибрациями и оптическими сигналами.

Тем не менее, как указывают участники исследования, на данной стадии эксперимента система функционирует при комнатной температуре и использует классические электрические и оптические сигналы. Переход на квантовый режим это следующий этап работы. Прототип преобразователя полностью совместим со сверхпроводящими квантовыми схемами и пригоден для работы в криогенных условиях.

«Динамика связывания системы должна при низких температурах оставаться той же самой, как и в наших измерениях, в комнатных условиях, — говорит соавтор статьи профессор физики Эндрю Клеланд (Andrew Cleland). — Соединение сверхпроводящего кубита с преобразователем приведет к возникновению настоящих квантовых свойств и неклассических механических состояний».