Многие современные ведущие квантовые процессоры работают на микроволновых сигналах, тогда как свет гораздо лучше подходит для передачи информации на большие расстояния по оптоволокну. Чтобы связать эти два мира, нужен преобразователь — устройство, переносящее сигнал из одного частотного диапазона в другой с сохранением информации.

Команда ученых из Городского колледжа Нью-Йорка взяла в качестве основного материала сульфид-бромид хрома (CrSBr) — слоистый магнитный полупроводник. Под действием микроволн атомные магнитные моменты в кристалле движутся коллективно, порождая волны, известные как магноны. Эти волны сдвигают энергии экситонов — связанных пар электронов и дырок, сильно взаимодействующих со светом. В результате лазерный свет, отраженный от кристалла, приобретает когерентный оптический сигнал, следующий за микроволновым возбуждением. Подход использует особенно сильное взаимодействие света и вещества вблизи экситонных резонансов, рассказывает EurekAlert.

«Особое преимущество CrSBr — его слоистая структура, дающая значительную свободу в проектировании и интеграции устройств, — сказал Пратап Чандра Адак, руководивший исследованием. — Эти материалы можно утоньшать до нескольких атомных слоев, сохраняя ключевые магнитные и оптические свойства. Это позволяет усиливать взаимодействия и создавать более компактные устройства».

В ходе экспериментов преобразование работало в окне микроволновых частот шириной примерно 300 мегагерц, а рабочую частоту можно было настраивать приложенным магнитным полем. Примечательно, что эффект наблюдался в объемном кристалле — без оптического или микроволнового резонатора для усиления взаимодействия.

Работа ученых закладывает основу для будущих интерфейсов между микроволновыми квантовыми процессорами и оптическими сетями, хотя для практического применения предстоит пройти долгий путь от демонстрации механизма до эффективной и малошумной передачи отдельных квантовых состояний.

Фотонные преобразователи энергии превращают лазерный свет в электроэнергию и позволяют интегрировать фотонику в существующую волоконно-оптическую инфраструктуру. В прошлом году специалисты из Канады испытали такой преобразователь и выяснили, что он способен одновременно подключать и заряжать электронику на больших расстояниях.