חוקרים עשו התקדמות מרכזית בטכנולוגיה הקוונטית על ידי פיתוח פוטוניקה משולבת המאפשרת שליטה וניפולציה של אור על שבבי סיליקון. חדשנות זו מאפשרת תקשורת מאובטחת במיוחד ומשפרת את יכולות המחשוב הקוונטי. קרדיט: twoday.co.il.com
פריצת דרך בפוטוניקה משולבת אפשרה לחוקרים לרתום מניפולציה של אור על שבבי סיליקון, וסללה את הדרך לשיפור מחשוב קוונטי ותקשורת מאובטחת.
הם פיתחו תהודה קומפקטית של טבעות סיליקון לניהול 34 שערים של קוויביט והקימו רשת קוונטית חדשה של חמישה משתמשים.
קפיצה קוונטית בפוטוניקה משולבת
בקפיצת מדרגה משמעותית עבור הטכנולוגיה הקוונטית, החוקרים השיגו אבן דרך בריתום את מימד התדר בתוך פוטוניקה משולבת. פריצת דרך זו לא רק מבטיחה התקדמות בתחום המחשוב הקוונטי אלא גם מניחה את הבסיס לרשתות תקשורת מאובטחות במיוחד.
פוטוניקה משולבת, מניפולציה של אור בתוך מעגלים זעירים על שבבי סיליקון, הבטיחה זה מכבר הבטחה ליישומים קוונטיים בשל המדרגיות והתאימות שלה לתשתית טלקומוניקציה קיימת.
מיקרו-תהודה סיליקון (משמאל, תמונת SEM) מספק מקור פס רחב פרמטרי לזוגות פוטונים מסובכים בתדרים במרחק של 21 גיגה-הרץ בנפרד כדי להשיג רשתות קוונטיות בקנה מידה גדול מקודדות תדר. התוצאה היא רשת נטולת צמתים מהימנה ומחוברת במלואה, שבה משתמשים מקושרים באמצעות מצב מסובך בתדר של שני קיוביטים. קרדיט: הנרי ואח', דואי 10.1117/1.AP.6.3.036003.
פריצת דרך בעיצוב מעגלים קוונטיים
במחקר שפורסם ב פוטוניקה מתקדמתחוקרים מהמרכז למדעי הננו וננוטכנולוגיה (C2N), Télécom Paris ו-STMicroelectronics (STM) התגברו על מגבלות קודמות על ידי פיתוח מהודים של טבעות סיליקון עם טביעת רגל קטנה מ-0.05 מ"מ המסוגלים ליצור מעל 70 ערוצי תדר נפרדים המרוחקים זה מזה ב-21 גיגה-הרץ.
זה מאפשר הקבלה ובקרה עצמאית של 34 שערי קיוביט בודדים באמצעות שלושה התקנים אלקטרו-אופטיים סטנדרטיים בלבד. ההתקן יכול ליצור סל תדרים מסובך ביעילות פוטון זוגות שניתנים למניפולציה בקלות – מרכיבים קריטיים בבניית רשתות קוונטיות.
שיפור בקרת מצב קוונטית
החידוש העיקרי טמון ביכולתם לנצל את הפרדות התדר הצרות הללו כדי ליצור ולשלוט במצבים קוונטיים. באמצעות מהודים טבעתיים משולבים, הם יצרו בהצלחה מצבים מסובכים בתדר באמצעות תהליך המכונה ערבוב ספונטני של ארבעה גלים. טכניקה זו מאפשרת לפוטונים אינטראקציה ולהסתבך, יכולת חיונית לבניית מעגלים קוונטיים.
מה שמייחד את המחקר הזה הוא המעשיות שלו ומדרגיותו. על ידי מינוף השליטה המדויקת שמציעים מהודי הסיליקון שלהם, החוקרים הדגימו פעולה בו-זמנית של 34 שערי קיוביט בודדים תוך שימוש בשלושה התקנים אלקטרו-אופטיים מהמדף בלבד. פריצת דרך זו מאפשרת יצירת רשתות קוונטיות מורכבות שבהן ניתן לתפעל מספר קיוביטים באופן עצמאי ובמקביל.
כדי לאמת את הגישה שלהם, הצוות ביצע ניסויים ב-C2N, והראה טומוגרפיה של מצב קוונטי על 17 זוגות של קיוביטים שהסתבכו בצורה מקסימלית על פני פחי תדרים שונים. אפיון מפורט זה אישר את הנאמנות והקוהרנטיות של המצבים הקוונטיים שלהם, וסימן צעד משמעותי לקראת מחשוב קוונטי מעשי.
אבני דרך ברישות קוונטיות
אולי בעיקר, החוקרים השיגו אבן דרך ברשתות על ידי הקמת מה שהם מאמינים כרשת הקוונטית הראשונה המחוברת במלואה לחמישה משתמשים בתחום התדרים. הישג זה פותח אפיקים חדשים לפרוטוקולי תקשורת קוונטיים, המסתמכים על שידור מאובטח של מידע המקודד במצבים קוונטיים.
עתיד טכנולוגיות קוונטים
במבט קדימה, מחקר זה לא רק מציג את הכוח של פוטוניקת סיליקון בקידום טכנולוגיות קוונטיות אלא גם סולל את הדרך ליישומים עתידיים במחשוב קוונטי ותקשורת מאובטחת. עם התקדמות מתמשכת, פלטפורמות פוטוניקה משולבות אלו עשויות לחולל מהפכה בתעשיות הנשענות על העברת נתונים מאובטחת, ומציעות רמות חסרות תקדים של כוח חישוב ואבטחת מידע.
המחבר המקביל ד"ר אנטואן הנרי מ-C2N ו-Télécom Paris מעיר, "העבודה שלנו מדגישה כיצד ניתן למנף את סל התדרים עבור יישומים בקנה מידה גדול במידע קוונטי. אנו מאמינים שהיא מציעה פרספקטיבות לארכיטקטורות של תחום תדרים ניתנות להרחבה לתקשורת קוונטית בעלת מימדים גבוהים וחסכונית במשאבים." הנרי מציין שפוטונים בודדים באורכי גל טלקום הם אידיאליים עבור יישומים בעולם האמיתי הרותמים רשתות סיבים אופטיות קיימות פוטוניקה משולבת מאפשרת מזעור, יציבות ומדרגיות/פוטנציאל למורכבות מוגברת של התקנים, ובכך יצירת זוג פוטונים יעיל ומותאם אישית ליישום רשתות קוונטיות עם קידוד תדר באורך גל טלקום.
ההשלכות של המחקר הזה הן עצומות. על ידי רתימת ממד התדר בפוטוניקה משולבת, החוקרים פתחו יתרונות מרכזיים, כולל מדרגיות, עמידות רעשים, מקבילות ותאימות עם טכניקות ריבוי טלקום קיימות. ככל שהעולם מתקרב למיצוי מלוא הפוטנציאל של טכנולוגיות קוונטיות, אבן דרך זו שדווחה על ידי חוקרי C2N, Telecom Paris ו-STM משמשת כמגדלור, המנחה את הדרך לעבר עתיד שבו רשתות קוונטיות מציעות תקשורת מאובטחת.
