Уникальность разработки заключается в полностью монолитной архитектуре. На крошечном чипе, созданном на платформе из тонкопленочного ниобата лития на изоляторе, ученые интегрировали два ключевых компонента: источник запутанных фотонных пар высокой яркости и программируемые интерферометрические элементы для управления этими состояниями. Такая интеграция устраняет необходимость в сложных и громоздких внешних оптических системах, пишет Nature.

Генерация запутанных частиц происходит в специальных периодически поляризованных волноводах длиной 1,5 мм. При накачке непрерывным лазером с длиной волны 775 нм внутри происходит нелинейный оптический процесс, в результате которого возникают пары запутанных фотонов с длиной волны 1550 нм. Это делает технологию совместимой с существующей оптической инфраструктурой.

Устройство продемонстрировало точность состояний Белла свыше 90% для всех четырех максимально запутанных состояний. Наивысшее значение точности составило 93,1% для одного из состояний. Почти идеальная видимость двухфотонной интерференции (99,0±0,7%) подтвердила исключительную идентичность фотонов, что является прямым доказательством их качественной запутанности.

Выбор материала стал важным фактором успеха. Ниобат лития обладает выдающимися нелинейно-оптическими свойствами, необходимыми для эффективной генерации фотонов, а также позволяет осуществлять сверхбыстрое электрооптическое управление. Эта платформа эффективно объединяет в себе функции генерации, обработки и управления квантовыми состояниями.

С практической точки зрения исследование решает проблему масштабируемости квантовых систем. Вместо создания специализированного «железа» для каждого отдельного квантового протокола, один универсальный чип можно гибко адаптироваться под разные задачи. Возможно, в ближайшие годы такие решения появятся в реальных коммерческих системах.

Перед новым годом российские ученые представили первый отечественный ионный квантовый компьютер принципиально новой архитектуры. В его основе лежат не стандартные кубиты, а так называемые «кусепты» — семиуровневые квантовые ячейки, что позволило создать процессор с эквивалентной емкостью в 72 кубита.