Группа китайских ученых из Университета электронных наук и технологий Китая (UESTC), Университета Цинхуа и Шанхайского института микросистем и информационных технологий разработала полупроводниковый источник запутанных фотонов, что представляет большой потенциал для создания компактных и надежных квантовых чипов. Этот источник основан на нитриде галлия (GaN), материале, который десятилетиями используется для производства синих светодиодов.

Запутывание фотонов позволяет обеспечить безопасность передаваемой информации (квантовое распределение ключей) и выполнять квантовые вычисления или симуляции. Квантовые операции могут быть выполнены с использованием пар запутанных фотонов. Однако этот процесс довольно сложен и требует специальных источников света, таких как нитрид кремния или фосфид индия. Переход на нитрид галлия, широко используемый в промышленности для создания светодиодов и чипов, позволит эффективнее использовать квантовые каналы связи и рассмотреть возможность создания квантовых систем на чипе.

Разработанный китайскими учеными источник запутанных фотонов представляет собой кольцо из нитрида галлия диаметром 120 мкм, вытравленное на плёнке (плёнка выращена на сапфировой подложке традиционным способом). Под действием инфракрасного луча лазера часть фотонов попадает в кольцо и начинает перемещаться по нему. Некоторые из этих фотонов становятся резонансными парами. В процессе четвертьволнового смешения, известного явления в нелинейной оптике, резонансные пары порождают новые пары запутанных фотонов.

Измерения показали, что уровень запутанности, получаемый в кольце из нитрида галлия, аналогичен тому, который получается с использованием других квантовых источников света. Это означает, что предложенное решение может быть успешно использовано для проектирования оборудования для квантовых каналов связи и квантовых процессоров. Кроме того, спектральный диапазон нитрида галлия включает до 100 нм, что превосходит 25,6 нм у традиционных источников света. Это позволяет расширить и улучшить каналы передачи квантовой информации.

По мнению ученых, помимо квантовых источников света, нитрид галлия также обещает стать важным материалом для создания других компонентов квантовых схем, включая лазеры с накачкой и детекторы легких частиц. Это делает платформу GaN перспективной для разработки квантовых фотонных интегральных схем "все на кристалле" по сравнению с существующими платформами.