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.
«Это как найти переводчика, который понимает почти каждое слово, сохраняет смысл и не добавляет фонового шума», — объяснил Мохаммед Халифа, соавтор исследования.
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.
«Наше устройство не просто преобразует сигнал — оно сохраняет квантовую связь, что критически важно», — подчеркнул доктор Джозеф Салфи, руководитель работы.
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.
