Инновационный российский микрорезонатор ставит рекорды эффективности
Уникальная разработка может стать основой для энергоэффективных оптических технологий будущего и способствовать развитию квантовых вычислений. Свои усилия в изучении взаимодействия света и материи на наноскопическом уровне объединили специалисты Научного парка СПбГУ и лаборатории оптики спина имени И.Н. Уральцева.
Созданный командой ученых микрорезонатор содержит тончайшие слои арсенида галлия (GaAs) и арсенида алюминия (AlAs) — они размещены в многослойной зеркальной структуре. Эти слои отражают свет, удерживая его внутри резонатора, что позволяет фотонам циркулировать в ограниченном пространстве и создавать особые квантовые состояния — поляритоны. Такая конфигурация позволила достигнуть высокого уровня добротности, то есть способности удерживать световую энергию в резонаторе на протяжении длительного времени: чем добротность выше, тем дольше фотоны остаются внутри резонатора. Это свойство крайне важно для квантовых систем, где стабильность и длительность существования фотонов прямо влияет на точность и эффективность вычислений.
Поляритоны, составные квазичастицы, которые представляют собой гибрид света и материи, в последние годы все чаще становятся предметом пристального внимания ученых. Уникальные свойства этих частиц, в том числе, возможность конденсироваться и образовывать сверхтекучие состояния даже при сравнительно высоких температурах, могут стать основой для создания революционных оптических схем, а на их основе — лазеров и квантовых процессоров нового поколения. Особенно ценным является тот факт, что, в отличие от традиционных, поляритонные лазеры требуют значительно меньше энергии для запуска излучения.
Разработка петербургских ученых не ограничивается лишь рекордной добротностью. В аналогичных «ловушках» для фотонов, но с несколько меньшими показателями, физикам из СПбГУ уже удалось создать 25 оптических кубитов — элементов, лежащих в основе квантовых компьютеров. Такие кубиты способны выполнять логические операции со скоростями, в миллионы раз превышающими возможности «обычных», даже самых современных процессоров. При этом, в отличие от сверхпроводящих кубитов, которые разрабатываются в IBM и Google, поляритонные решения потенциально менее энергоемки и компактны.
Профессор Алексей Кавокин, руководителя лаборатории оптики спина СПбГУ, сообщил, что команда физиков уже завершает работу над первым в мире квантовым процессором на основе энергоэффективных поляритонных кубитов. Также Кавокин отметил, что, хотя поляритонные лазеры на данный момент существуют лишь в стенах лабораторий, уже в ближайшие годы мы увидим, как они превратятся в основу для сверхбыстрых аналоговых и квантовых систем связи и вычислений.
