Vědci vyvinuli čip, který dokáže z jediného laseru vytvořit tři stabilní frekvence světla – bez nutnosti externího řízení. Tento průlom přibližuje kvantové počítače, bezpečné sítě i ultrapřesné senzory z laboratoří do reálného světa.
Vědci vytvořili čip, který dokáže transformovat jediný laserový paprsek na tři různé vlnové délky. To v obecné rovině znamená, že se blížíme k jedné z největších revolucí v kvantovém odvětví, protože je toho schopen dosáhnout bez externích úprav nebo neustálého aktivního řízení. Podle mnohých je kvantová výpočetní technika připravena stát se odvětvím, které by mohlo transformovat další odvětví stejně relevantní jako umělá inteligence, a tento vynález vytváří základ pro toto široké přesvědčení.
Kvantová výpočetní technika je založena na principech kvantové mechaniky a ke zpracování informací využívá místo bitů qubity. Qubity mohou existovat ve více stavech současně, což umožňuje mnohem složitější a rychlejší výpočty než klasické počítače. Tento nový čip by mohl mít zásadní význam pro vývoj pokročilejších kvantových technologií, protože umožňuje přesnější a efektivnější manipulaci se světlem, která je zásadní pro kvantovou komunikaci a vytváření bezpečných kvantových sítí.
Vývojáři odhalují, že tento průlom přibližuje fotonickou integraci ke skoku, který byl učiněn během polovodičové revoluce: komplexní optika integrovaná do malých čipů. Podobá se tomuto elektronickému posunu 20. století v tom, že se zaměřuje na miniaturizaci optických nástrojů (laserů, čoček nebo zrcadel), což je klíčová podmínka pro dosažení nejen rychlejší komunikace, ale také ultrapřesných atomových hodin a architektur kvantových počítačů založených na světle.
Dosud bylo jednou z hlavních překážek generování nových „barev“ světla v rámci kompaktního čipu, protože jeden laser bylo nutné převést na několik užitečných vlnových délek. Čip JQI opouští nestabilitu předchozích návrhů a využívá nelineárních jevů. Když je tedy světlo dostatečně intenzivní, mění optické vlastnosti materiálu a tato reakce zase mění samotné světlo.
Aby se tyto slabé efekty posílily, spoléhá se zařízení na mikroskopické rezonátory, které zachycují fotony ve smyčkách a umožňují miliony cest najednou, které postupně zesilují nelineární interakci. Až dosud aspekty jako kolísání teploty nebo výroba ničily kombinaci frekvencí, ale změna konstrukce „přirozeně“ upřednostňuje žádoucí interakce, a tím se vyhýbá neustálému přenastavování.
Výsledkem je čip, který na výstupu poskytuje vždy stejný barevný vzor. To je v podstatě nezbytné pro jeho integraci do větších optických systémů bez nutnosti neustálých korekcí parametrů. Mohammad Hafezi, jeden z hlavních vývojářů, poskytl klíčový pohled na čip: „Reprodukovatelnost je stejně důležitá jako výkon“. Poukázal na to, že předvídatelné a škálovatelné čipy jsou potřebné pro rozvoj integrovaného fotonického průmyslu.
V budoucnu by tyto vícenásobné i stabilní zdroje frekvence mohly být schopné napájet kvantové sítě využívající světlo, ale také extrémně přesné přenosné hodiny pro měření času. Vědci tvrdí, že jejich přednosti se ve skutečnosti projeví i v oblastech týkajících se velkých vzdáleností nebo nepatrných posunů, a proto se mohou stát jedním z klíčů k vývoji kvantové výpočetní techniky.
Kromě toho je schopnost stabilně a kontrolovaně generovat více frekvencí světla nezbytná pro vývoj technologií, jako je kvantová kryptografie, která slibuje neprolomitelné zabezpečení v komunikaci. Tato technologie by mohla být použita k vytvoření zcela bezpečných komunikačních kanálů, kde by byl jakýkoli pokus o odposlech okamžitě odhalen.
V neposlední řadě by tento průlom mohl mít významné důsledky pro vytvoření kvantových senzorů, které by mohly být použity k detekci nepatrných změn v prostředí, jako jsou změny magnetického pole nebo gravitace, s potenciálním využitím v geologii, medicíně a navigaci.