Американским исследователям удалось реализовать квантовую оптическую матрицу, расположенную прямо на кристалле чипа. С помощью этой матрицы стало возможным хранить и управлять информацией в виде света, что, в свою очередь, может стать новым методом решения сложных вычислительных задач. Настраиваемая сверхповодимая оптическая схема может использоваться для изменения длины волны единственного фотона и сохранения этого фотона в специальной ловушке для дальнейшего использования заключенной в нем информации.

"Причина, которая делает нашу разработку столь захватывающей, заключается в том, что с помощью нее становится технически возможным управлять квантовыми состояниями фотонов и сохранять информацию сколь угодно длительное время, подобно тому, как это возможно в традиционных лабораторных установках, которые бывает занимают достаточно большую площадь. Используя миниатюрные элементы, такие как сверхпроводимые резонаторы, нам удалось сократить это все до масштаба кристалла электронного чипа" - рассказал Хосе Аументадо (Jose Aumentado), ученый-физик из американского Национального института Стандартов и Технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST).

Созданное устройство, по сущности, уменьшенная до масштабов чипа, микроволновая версия традиционного оптического эксперимента, в котором устройство, называемое разделителем луча, может послать фотон света по одному из двух возможных путей сквозь сложную оптическую систему, собранную на лабораторном столе и состоящую из линз, призм, зеркал и лазеров.

Но, вместо лазеров, в новом миниатюрном оптическом устройстве, ученые NIST использовали сверхпроводимые квантовые резонаторы, которые представляют собой полости, имеющие определенные резонансные характеристики на квантовом уровне. Благодаря этому они работают как источник одиночных фотонов, которые имеют строго определенную длину волны, зависящую от характеристик резонатора. А для управления фотонами и изменения их длин волн ученые использовали интерференционное устройство SQUID (superconducting quantum interference device).

Используя два различных квантовых резонатора и устройство SQUID ученые заставили фотоны колебаться между двумя квантовыми состояниями, соответствовавшими двумя различным длинам волн. При этом основная частота переключений фотона из одного состояния в другое была симметричной, в отношении 50/50 процентов. Но, оказывая внешнее управляющее воздействие, ученым удалось добиться смещения частоты в любую сторону, получив пропорцию произвольного значения, что и является, по сути, записанной в фотоне информацией.

Так же с помощью некоторых оптико-квантовых ухищрений ученым удается назначить, какие из оптических путей соединяют некоторые из резонаторов. Это позволяет прямо "на лету" создавать последовательности действий и взаимодействий, являющиеся основой оптико-квантовых вычислительных схем, помимо этого такой универсализм позволяет реализовать на уровне кристалла чипа элементы традиционных оптических схем и экспериментов. К примеру, с помощью такой перестраиваемой оптической логики легко можно получить специальные квантовые состояния, такие как "сжатый" свет и другие, специфические для квантовой оптики, явления.