Профессор Сергей Кулик, заведующий лабораторией квантовой инженерии света ЮУрГУ, совместно с коллегами из Центра квантовых технологий МГУ выступил соавтором проекта по разработке нового крупномасштабного восьмиканального программируемого интерферометра, по своим характеристикам пока не имеющего аналогов в мире. Результат опубликован недавно в международном журнале Photonics Research. Устройства по данной технологии изготовлены и для нужд научных лабораторий ЮУрГУ.
Программируемые многопортовые интерферометры нужны для точной, энергоэффективной и компактной обработки информации, закодированной с помощью оптических полей. По сути, речь идёт о фотонном «чипе», обрабатывающем световые сигналы, то есть потенциально – одном из узлов квантового компьютера.
В стеклянной пластине можно сформировать волноводы – каналы, направляющие световой сигнал по определённому пути. Взаимное пересечение путей приведёт к интерференции сигналов, поступающих на вход в «чип», таким образом будет выполнена какая-то «операция». Если структуру «ходов»-волноводов можно менять, такой «чип» можно назвать программируемым.
Матрица из волноводов создаётся с помощью фемтосекундной лазерной печати, а перепрограммирование её основано на термоэлектрическом эффекте.
У «чипа» 8 входов, куда подаются однофотонные состояния, и 8 выходов, за сигналами которых следят однофотонные детекторы. 56 нагревательных элементов, к которым проведено электричество, осуществляют «отжиг» очередного шага алгоритма, для каждой операции выбирается оптимальная конфигурация точек (топология).
Разработчики «чипа» продемонстрировали его превосходную устойчивость к ошибкам – для волн длиной 920, 945 и 980 нанометров – именно с такими световыми сигналами экспериментируют сегодня учёные в квантовых вычислениях и квантовой сенсорике.
Кроме того, «чип» достаточно долговечен. За 133 часа в ходе эксперимента было выполнено порядка 2,7 миллиона переключений нагревательных элементов, и работа устройства осталась стабильной.
Создание многоплечевых интерферометров – часть дорожной карты «Квантовые вычисления», над которой работают физики из нескольких научных организаций и университетов России.
Между тем квантовая лаборатория света продолжает расширение. Недавно её сотрудники выиграли молодёжный мегагрант на исследование в области инфракрасной метрологии на основе квантовой интерферометрии. Молодой физик Анна Патерова из Сингапура прибудет по гранту в ЮУрГУ, чтобы укрепить научный коллектив и расширить исследовательскую тематику. Будет создана новая лаборатория квантовой интерферометрии, задачей которой будет как раз создание чувствительных сенсоров на основе квантовых эффектов.
В числе прочего для работы исследователям ЮУрГУ необходимы и квантовые «чипы», изготовленные по такой технологии. Центр квантовых технологий МГУ, в котором также трудится профессор Кулик, помог изготовить их для лабораторий ЮУрГУ. И хотя до квантовых «гаджетов» человечеству предстоят десятилетия научного поиска, фундамент вычислений будущего закладывается уже сейчас.