Исследование ученых США: новый оптический чип потребляет намного меньше энергии

Инновационные оптические фазовые модуляторы: новая эра квантовых технологий

В последние годы наблюдается значительный прогресс в разработке компактных оптических фазовых модуляторов, представляющих собой передовые устройства, использующие сверхвысокочастотные (СВЧ) колебания для точного управления лазерным излучением в субпикосекундном диапазоне. Эти модуляторы демонстрируют высокую стабильность и эффективность, что делает их перспективными для применения в квантовых вычислениях, зондировании и телекоммуникациях.

Метод захваченных ионов, являющийся фундаментальным подходом к созданию кубитов в квантовых вычислениях, требует высокоточного управления лазерным излучением для передачи инструкций отдельным атомам. В частности, частота лазерного излучения должна быть настроена с субгигагерцовой точностью, что предъявляет строгие требования к источникам лазерных частот. Существующие технологии, такие как электрооптические модуляторы и акустооптические фильтры, обладают рядом ограничений, включая громоздкость, высокое энергопотребление и недостаточную масштабируемость.

Разработанные оптические фазовые модуляторы решают эти проблемы за счет использования эффективной фазовой модуляции, что позволяет генерировать необходимые частоты света с минимальными потерями энергии. В частности, предложенные устройства потребляют в 80 раз меньше микроволновой энергии по сравнению с коммерческими аналогами, что значительно снижает тепловыделение и увеличивает плотность интеграции оптических каналов на одном чипе.

Одной из ключевых особенностей разработанных модуляторов является их высокая степень интеграции, что позволяет реализовать генерацию частоты, фильтрацию и формирование оптических импульсов на одном кристалле. Это открывает новые возможности для создания масштабируемых квантовых вычислительных систем, требующих управления десятками и сотнями тысяч оптических каналов.

Кроме того, недавние достижения в области нелинейной оптики привели к созданию первого в мире программируемого нелинейного фотонного волновода, представляющего собой многофункциональное устройство на одном чипе, способное переключаться между различными оптическими режимами. Этот прорыв открывает новые перспективы для исследований в области оптических и квантовых технологий, включая создание универсальных платформ для квантовой обработки информации.

Таким образом, инновационные оптические фазовые модуляторы представляют собой важный шаг вперед в развитии квантовых технологий, обеспечивая высокую точность, эффективность и масштабируемость систем управления лазерным излучением. Эти достижения открывают новые горизонты для применения квантовых вычислений в различных областях науки и техники.