Квантовый вентиль и фотонные кристаллы

Опубликовано 01.09.2011 Ведущий Антон Панкратов

Долгое время квантовый вентиль был лишь теоретическим понятием, частью представления о квантовом компьютере. Но в 2007году группа ученых калифорнийского университета под руководством Елены Вукович, смогла практически реализовать подобный компонент. Первая и самая главная сложность в его создании заключается в том, что алгоритмы квантовых вычислений не могут быть организованы с помощью единственного типа частиц, как это сделано с помощью электронов в традиционных вычислительных машинах. Например, кванты света – фотоны – прекрасно подходят для хранения информации, кроме того, они могут легко перемещаться, однако они не взаимодействуют друг с другом. С другой стороны, атомы прекрасно вступают друг с другом во взаимодействия, однако организовать с их помощью передачу информации весьма затруднительно. Свои надежды ученые возлагают на систему, использующую достоинства обоих типов частиц. Эта система получила название наноразмерных каналов в фотонных кристаллах, изучаемых в совокупности с полупроводниковыми квантовыми точками. Фотонные кристаллы – нелинейные оптические структуры, развитие технологии которых должно привести квантовые и фотонные схемы передачи информации на смену традиционным электронным устройствам. Квантовые точки или Q-биты – наноразмерные объекты металлов или полупроводников, размеры которых определяют появление у них квантовых свойств и иногда уподобляют их поведение поведению отдельных атомов. По сути, квантовые точки позволяют изучать обычные квантовые структуры, о которых можно прочесть в учебнике, в лабораторных условиях. Если говорить по-простому, взаимодействие квантовая точка – канал в работе Вукович приводило к изменению прозрачности фотонного канала. Однако на самом деле механизм захвата, или удержания фотона в узле фотонного канала с квантовым переключателем не имеет ничего общего с задержанием квантов света непрозрачными материалами. Если в последних фотон поглощается и превращается в тепловую энергию, то в случае фотонного вентиля поглощения его не происходит.
Таким образом, ученые добились создания оптического переключателя, работа которого требует лишь одного фотона и одной квантовой точки.