Ученые разработали ключевой элемент квантового интернета будущего

Исследователи Университета Британской Колумбии разработали теоретическую модель устройства, которое может стать ключевым элементом будущего квантового интернета. Речь идет о микрочипе на кремниевой подложке, способном преобразовывать сигналы между микроволновым и оптическим диапазоном с эффективностью до 95% и практически без шумов. Это необходимо, чтобы квантовые компьютеры могли «разговаривать» друг с другом на дальних расстояниях. Работа опубликована в журнале npj Quantum Information.

Квантовые компьютеры используют микроволны для обработки информации. Однако для передачи этой информации на расстояния — например, между городами или странами — требуется оптический сигнал, который передается по волоконно-оптическим кабелям. Проблема в том, что квантовые состояния чрезвычайно хрупкие, и при преобразовании сигнала даже малейшее искажение может разрушить явление квантовой запутанности.

Запутанность — это ключ к квантовой коммуникации: она позволяет двум частицам оставаться связанными независимо от расстояния между ними. Потеря этого соединения означает потерю всех квантовых преимуществ. Устройство, предложенное исследователями, решает проблему.

Устройство представляет собой кремниевый микрочип с искусственно созданными магнитными дефектами — крошечными «изъянами», встроенными в материал, которые позволяют управлять его свойствами. Когда на чип подаются микроволновые и оптические сигналы определенной частоты, электроны в этих дефектах преобразуют один сигнал в другой без поглощения энергии, что позволяет избежать нестабильности и тепловых потерь.

Особенность конструкции в том, что она энергоэффективна (требует всего миллионные доли ватта) и потенциально масштабируема, поскольку может быть создана с помощью стандартных технологий производства чипов.

Хотя разработка пока существует только в виде теоретической модели, она открывает путь к практическому созданию квантовых сетей. Кремниевые преобразователи можно будет интегрировать в существующую телекоммуникационную инфраструктуру, используя современные производственные линии микрочипов.