То, что вы видите на приведенном выше снимке, выглядит непривлекательным и непонятным для большинства людей. Тем не менее, вы смотрите на наиболее сложную на сегодняшний день интегрированную квантовую схему, изготовленную на общей подложке и все элементы которой состоят из одного материала. Функция этой схемы достаточно проста, эта схема вырабатывает пары единичных фотонов и одновременно запутывает их на квантовом уровне. И, следует отметить, что именно функция этой схемы может стать основой для создания более сложных схем будущих квантовых компьютеров и других устройств.

Это экспериментальное квантовое устройство было разработано группой, в состав которой вошли ученые из Японии, Великобритании и Нидерландов. На кремниевом чипе содержатся два источника единичных фотонов, работающие при помощи света внешнего лазера. Фотоны, выработанные этими источниками, проходят тщательно выверенный путь по определенным траекториям, пересекающимся друг с другом, что позволяет надежно запутать их на квантовом уровне.



Следует напомнить нашим читателям, что явление квантовой запутанности заключается в том, что когда в результате какого-либо внешнего воздействия изменяется квантовое состояние одной из запутанных частиц, то эти изменения проявляются и в квантовом состоянии второй запутанной частицы. При этом, изменения квантового состояния происходят абсолютно синхронно и не зависят от расстояния, разделяющего запутанные частицы, которые могут находиться почти рядом друг с другом или же находиться в противоположных уголках Вселенной. Именно явление квантовой запутанности является тем ключом, который позволяет использовать законы квантовой механики для передачи и обработки информации со скоростью, во много раз превышающей скорость работы самых мощных современных суперкомпьютеров.

Несмотря на такую кажущуюся простоту квантового устройства, ученым удалось, создавая его, решить массу труднейших задач технического плана. Во-первых, для того, чтобы надежно запутаться на квантовом уровне частицы, в данном случае фотоны света, должны быть максимально идентичны. Во-вторых, в этом устройстве ученым удалось реализовать некоторые принципы управления глубиной квантовой запутанности фотонов и последующего неразрушающего считывания их квантового состояния.



"Источники света, расположенные на чипе, синхронно производят практически одинаковые фотоны света, которые запутываются на квантовом уровне во время прохождения дальнейшего пути. Мы вводим луч лазерного света на чип и расщепляем его на два луча, которые освещают две отдельные области, которые становятся источниками вторичных фотонов света. Эти лучи вторичного квантового света проходят каждый по своему пути, имеющему строго определенную длину. Длина пути одного из лучей может быть изменена при помощи изменения температуры одного из волноводов, а это используется для регулирования глубины квантовой запутанности. В конце концов оба луча пересекаются, в этой точке вступают в силу законы квантовой механики и фотоны света обоих лучей запутываются на квантовом уровне" - рассказывает Марк Томпсон (Mark Thompson), ученый из Бристольского университета (University of Bristol), Великобритания.

Повторяясь еще раз, стоит отметить, что ученым удалось создать то, что по существу является самой сложной на сегодняшний день квантовой схемой, системой-на-чипе, выполняющей одну законченную функцию. В том виде, в котором эта система существует сейчас, ее уже можно будет использовать для организации квантовых оптических коммуникационных каналов на основе оптоволокна, но, для того, чтобы создать для этого реальное законченное устройство, ученым потребуется еще некоторое время. Тем временем эта же группа ученых уже планирует создание очередной квантовой системы-на-чипе, которая будет иметь весьма сложную структуру и выполнять более сложные функции для квантовой передачи и обработки информации.