Сегодня компьютеры получают массу преимуществ от подключения к Интернету, так что возникает вопрос: насколько полезен квантовый компьютер без квантового интернета?
Основное преимущество нашего современного интернета — способность передавать данные на большие расстояния без искажений. Лучший способ этого добиться — использование фотонов. Фотоны — это квантовые частицы света, которые почти не взаимодействуют с окружающей средой, что делает их идеальными для передачи квантовой информации на дальние расстояния. Эта передача требует поддержания запутанности фотонов, что довольно сложно. Одним из методов генерации таких фотонов является использование квантовых дефектов в кристаллах, которые могут создавать фотоны в определенных квантовых состояниях.
Благодаря десятилетиям совершенствования, оптоволоконные кабели теперь могут передавать фотоны с минимальными потерями. Но это эффективно только для света в узком диапазоне длин волн, называемом "телекоммуникационным диапазоном". Однако создание квантовых дефектов, которые могут генерировать фотоны в этом диапазоне, оказалось сложной задачей. С поддержкой Министерства энергетики США и Национального научного фонда (NSF) исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре смогли разобраться, почему так происходит. Результаты их исследований были недавно опубликованы в APL Photonics.
Профессор материаловедения Крис Ван де Валле из UCSB, объясняет:
Атомы постоянно вибрируют, и эти вибрации могут поглощать энергию излучения. Вместо того чтобы излучать фотон, дефект может передавать энергию атомам, заставляя их вибрировать и снижая эффективность светового излучения.
Команда Ван де Валле разработала теоретические модели, чтобы понять, как вибрации атомов влияют на излучение фотонов, и как различные характеристики дефектов влияют на эффективность этого процесса.
Их работа показала, почему эффективность излучения фотонов падает, когда длина волны переходит из видимого света в инфракрасный диапазон, используемый в телекоммуникациях. Модель также позволяет предложить пути для создания более ярких и эффективных источников фотонов.
Выбор подходящего материала и атомная инженерия вибрационных свойств — два перспективных метода для повышения эффективности.
Другой подход предполагает использование фотонных полостей, что исследовали профессор компьютерной инженерии Галан Муди и аспирант Камьяр Парто из Quantum Foundry. Эти исследования и разработанные модели должны помочь в создании новых квантовых источников света, которые будут использоваться для создания квантовых сетей в будущем.
