Miniatűr, de nagyban gondolkodik
Jake Freedman, a Colorado Boulder-i Egyetem PhD-hallgatója, Matt Eichenfield professzorral és a Sandia Nemzeti Laboratóriumok kutatóival együtt fejlesztette ki a chipet, amely egészen új ár- és teljesítményszintet teremt. A chip szívében mikrohullámú frekvenciájú rezgések működnek, amelyek másodpercenként több milliárdszor oszcillálnak. Ezek révén a chip egyedülálló pontossággal képes manipulálni a lézerfényt.
A chip a lézersugár fázisának pontos szabályozásával új hullámhosszakat és stabil lézerfényt képes előállítani. Ez a pontosság már nem csupán a kvantumszámítógépekhez szükséges, hanem feltörekvő területeken – például a kvantumérzékelés és a kvantumhálózatok világában – is alapfeltétel.
Miért kell ultrastabil lézer a kvantumszámítógéphez?
A legígéretesebb kvantumszámítógépes megoldások csapdázott ionokat vagy atomokat használnak qubitekként. Ezek az atomok lézerfénnyel vezérelhetők, amihez elképesztően precíz hangolás szükséges – sokszor a frekvencia milliárdodrészéig. Lényeges szempont, hogy eddig az ilyen pontos frekvenciaváltásokat nagy, asztali berendezésekkel oldották meg, amelyek rengeteg energiát fogyasztanak és helyet foglalnak.
Ugyanakkor a jövő kvantumszámítógépeinél elképzelhetetlen, hogy minden optikai csatornára külön, nagyméretű modulátorokat használjanak – helyettük hatékony, tömeggyártott és miniatűr eszközökre lesz szükség, amelyek kevesebb hőt termelnek, kompaktabbak és olcsóbban előállíthatók.
Kevesebb energia, több qubit, valódi méretnövekedés
Az új chip mindössze a korábbi modulátorok energiaszükségletének töredékét, körülbelül nyolcvanadrészét igényli. Ez jelentősen csökkenti a hőtermelést, így jóval több optikai csatorna fér el akár egyetlen chipen is. Lényeges szempont, hogy ezzel a fejlesztéssel a kvantumszámítógép skálázhatósága is jelentősen nő – vagyis elérhető közelségbe kerül a több ezres, sőt milliós qubitszám.
Út a teljesen integrált kvantumfotonikus platformhoz
A legfontosabb újítás talán, hogy a chip teljesen hagyományos, CMOS (komplementer fém-oxid-félvezető) gyártástechnológiával készült – ugyanezt a technológiát használják minden mobil és PC chipje esetében is. A korábban drága, helyigényes optikai modulátorokat most egyetlen apró áramkörbe lehet integrálni. Ez fordulópontot jelent a fotonikában.
A kutatók most azon dolgoznak, hogy az összes kvantumoptikai funkció – frekvenciagenerálás, szűrés, impulzusformázás – is rákerüljön egyetlen chipre. Az új eszközt rövidesen tesztelik vezető kvantumszámítógép-fejlesztő cégekkel közösen, hogy az a valódi, nagyszabású kvantumszámítógépek vezérlőrendszerévé válhasson.
Ez a fejlesztés már a végső lépések egyike, amely elvezethet a valóban skálázható kvantumfotonikus platformhoz, és vele egy új, korábban elképzelhetetlenül sok qubitet vezérlő kvantumszámítógéphez.
