Anonim

Ny mikroring resonator skaber kvanteangreb på en siliciumchip

Quantum Computing

Colin Jeffrey

28. januar 2015

En ny mikroring resonator producerer en strøm af indviklede fotoner på en mikrochip (Billede: Università degli Studi di Pavia)

Kvanteforbindelsen af ​​partikler, såsom fotoner, er en forudsætning for de nye og fremtidige teknologier inden for kvantemetik, telekommunikation og cybersikkerhed. Real-world applikationer, der udnytter denne teknologi, vil imidlertid ikke blive fuldt ud realiseret, før enheder, der producerer sådanne kvanteforhold, forlader laboratoriumets rige og gøres både små og energieffektive nok til at være indlejret i elektronisk udstyr. I denne vene har europæiske videnskabsmænd skabt og installeret en lille "ringresonator" på en mikrochip, der hævdes at producere rigeligt antal indviklede fotoner, mens de bruger meget lidt strøm til at gøre det.

Indlejrede fotoner er produceret på en siliciumchip før, men antallet af producerede par var lavt, og mængden af ​​energi, der kræves for at opnå dette, var forbudt høj - især på en lavdrevet enhed, såsom en siliciumchip. Det er her, hvor den nye mikro-ring resonator hævder dens punkter af forskel.

Udviklet i et samarbejde mellem forskere ved Università degli Studi di Pavia, Italien, Universiteterne i Glasgow og Strathclyde, Skotland og Ontario Ontario, Canada, er den nye mikro-ringresonator i centrum for dette arbejde form af en sløjfe ætset på et silicium wafersubstrat. Ved at præcis konstruere egenskaberne ved denne lille enhed har forskerne gjort det til at producere lys i form af indviklede fotoner. Og ved at holde sin størrelse ned til mikronniveauet og opnå exceptionelle effekteffekter, har de også gjort den til en ideel kandidat til brug som en on-chip-komponent.

"Den største fordel ved vores nye kilde er, at det samtidig er små, lyse og siliciumbaserede, « siger Daniele Bajoni, forsker ved Università degli Studi di Pavia. "Diameteren af ​​ringresonatoren er kun 20 mikron, hvilket er omkring en tiendedel af bredden af ​​et menneskehår. Tidligere kilder var hundreder gange større end den, vi udviklede. "

Med almindelige indviklede fotonemittere produceres der generelt med specialkrystaller og kan ikke miniaturiseres i meget mindre end et par millimeter eller så, så forskerne på alternativer i deres tidlige forskning. På baggrund af en eksisterende optoelektronisk komponent, mikroringen, realiserede videnskabsmændene snart, at disse enheder - allerede ætset på siliciumchips - kunne modificeres for at fremstille sammenblandede fotoner til kvantindvinding. Og med lavt strømkrav, en indbygget resonator, og i stand til at producere fotoner med en relativt lavdrevet laserstråle, tilvejebragte mikroringresonatoren det ideelle miljø til lette partikelforsøg.

En mikroring (eller optisk ring) resonator er en enhed, der i det væsentlige bruger de samme principper som dem, der findes i hviske gallerier, bortset fra at de i stedet for lyd bruger lys. Når lyset af en bølgelængdsresonans ( "in tune ") med sløjfen indføres fra en laser via en bølgeleder, øges intensiteten, da den fuldfører flere kredsløb omkring enheden, indtil den endeligt udløses som en meget lys stråle fotoner ved udgangen ..

Efter nogle eksperimentelle tinkering og skræddersyning var forskerne meget tilfredse med at finde ud af, at den mikro-ring-enhed, de havde valgt at bruge, var et beundringsværdigt valg. Når enheden blev "pumpet " med en laser, viste et stort antal af de efterfølgende fotoner, der strømmede fra resonatoren, alle kendetegnene for kvanteforbindelsen.

"Vores enhed er i stand til at udstråle lys med slående kvantemekaniske egenskaber, der aldrig observeres i en integreret kilde, " sagde Bajoni. "Den hastighed, hvormed de indviklede fotoner genereres, er uden fortilfælde for en siliciumintegreret kilde og kan sammenlignes med den, der er tilgængelig fra bulkkrystaller, der skal pumpes af meget stærke lasere. "

Ved hjælp af en allerede etableret teknologi til at producere deres enhed er forskerne sikre på, at anvendelsen af ​​deres modifikationer snart kan se produktionen af ​​siliciumchips med indbyggede mikroresonatorer indlejret i moderne elektronisk udstyr.

"I de sidste par år er siliciumintegrerede enheder blevet udviklet til at filtrere og rute lys, hovedsagelig til telekommunikationsapplikationer, " observerede Bajoni. "Vores mikroring resonatorer kan let bruges sammen med disse enheder, flytter os mod evnen til fuldt ud at udnytte entanglement på en chip. "

Forskningen blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Optics Infobase .

Kilde: OSA

En ny mikroring resonator producerer en strøm af indviklede fotoner på en mikrochip (Billede: Università degli Studi di Pavia)

Anbefalet Redaktørens Valg