Сильные взаимодействия света и акустических колебаний способны привнести много нового в развитие квантовых компьютеров как в области процессоров, так и памяти. До сих пор для этого использовались микрорезонаторы, что усложняло дело. Теперь учёные впервые смогли связать свет и колебания в обычном оптоволокне, и это сильно упростит архитектуру вычислений.
О прорыве сообщили исследователи из Института науки о свете Общества Макса Планка (Max Planck Institute for the Science of Light) и Ганноверского университета имени Лейбница (Leibniz University). В основе эксперимента лежит процесс неупругого рассеяния света на акустических фононах — так называемое вынужденное рассеяние Мандельштама—Бриллюэна. Акустические волны меняют преломление среды, по которой движутся они и свет и, тем самым, воздействуют на фотоны. Одновременно фотоны воздействуют на фононы (колебания) и обмениваются с ними энергией, а энергия — это информация.
Проблема была в том, что свет проходит по обычному оптоволокну очень быстро и взаимодействует с акустической волной лишь на ограниченном участке и фактически однократно, тогда как в резонаторе свет миллионы и десятки миллионов раз проходит через одну и ту же область, что гарантирует эффект сильного взаимодействия.
Было бы заманчиво заставить свет взаимодействовать с акустическими колебаниями на коротких отрезках обычного волокна, например, соединяющего два квантовых компьютера в соседних комнатах. Тогда такой отрезок волокна может служить частью квантового процессора или памяти, поскольку сильные взаимодействия света и звука происходят раньше потери когерентности и могут служить как для обработки квантового сигнала, так и для буферизации данных, ведь звуковые волны заметно медленнее оптической или микроволновой частоты квантового процессора, а память для квантовых платформ — это очень больное место.
Уход от микрорезонаторов сильно упростил бы архитектуру квантовых вычислителей. Кроме того, оптоволокно — это перенос квантовых явлений в наш мир макрообъектов и величин. Учёные десятилетиями бьются над вопросом объединения классической и квантовой физики, а оптоволокно, вот оно — уже в основе нашего мира телекоммуникаций. Это классическая физика, которой становятся доступны наблюдения за квантовыми явлениями.
Свой эксперимент учёные провели при охлаждении оптоволокна до температуры 4 К, то есть примерно −269 °C. Исследователи пропустили свет через охлаждённое оптическое волокно и зарегистрировали характерный разрыв в спектральном отклике системы. Именно такой разрыв указывает на сильную связь между светом и акустическими колебаниями. В резонаторах подобный режим проявляет себя аналогичным образом. В эксперименте для чёткой фиксации сильного взаимодействия света и звука оказалось достаточно однократного прохождения света, который буквально сталкивался там со звуковой волной.
Результат создаёт основу для дальнейших исследований квантовой обработки сигналов предложенным способом. Резюмируя сказанной выше, подчеркнём, что взаимодействие света с акустическими колебаниями (в общем случае — с механическими) потенциально позволит преобразовывать сигналы между оптическими частотами и микроволновым диапазоном, в котором работают многие квантовые вычислительные устройства. Иначе говоря, микроволновый сигнал на выходе компьютера можно прямо в волокне преобразовать в оптический и дальше распространять обычным образом.
Также, поскольку акустические волны распространяются значительно медленнее света, они представляют интерес для временной буферизации информации. Кроме того, новая экспериментальная платформа может помочь изучать квантовые свойства механических колебаний в относительно массивных объектах, которыми являются оптические волокна, привнося квантовые явления в мир классических приборов и делая квантовую науку доступной более широкому кругу учёных.
По информацииh ttps://3dnews.ru/1150064/vpervie-v-optovolokne-svet-stolknulsya-so-zvukom-kvantovie-kompyuteri-dogdalis-proriva
Обозрение "Terra & Comp".
