Рекордно точный световой процессор на стекле ✛ ✦

Оригинал: "A low-loss, 24-mode laser-written universal photonic processor in a glass-based platform"
arXiv:2505.01609v2 · 2025-05-02 · CC BY 4.0 · 1 мин
Новый стеклянный чип перемешивает свет с рекордной точностью 99,7%.

Стеклянный чип величиной с ноготь смешивает 24 световых луча с точностью 99,7% — как диджейский пульт, где вместо звука — световые сигналы. Потери не превышают 5%, а потребляет он всего 10 ватт.

Лазерная гравировка создаёт внутри стекла прозрачный лабиринт. Микроскопические нагреватели, словно ручки микшера, точно направляют каждый луч, не давая сигналам перепутаться. Это позволяет выполнять квантовые алгоритмы — инструкции для вычислителей будущего, и обрабатывать квантовую информацию, где данные хранятся в свойствах фотонов. Фотоны могут быть запутаны — невидимой связью, разрушаемой от любого вмешательства (декогеренция), поэтому ювелирная настройка и точные измерения обязательны.

Рекорд подтвердили, сгенерировав 2000 случайных световых узоров и измерив энтропию — меру их разнообразия: перемешивание оказалось почти идеальным. Такой квантовый процессор на основе квантовой оптики открывает путь к машинам, моделирующим химию и создающим защищённую связь. В перспективе — стыковка со сверхпроводящими детекторами одиночных фотонов. У истоков — Фейнман и Дойч; фон Нейман мечтал об универсальном автомате — и вот его световое воплощение.

Для теплоизоляции вырезаны канавки тоньше волоса, а стабильность нагревателей за 12 часов не дрейфует и на 0,005%.

Идею световых вычислений предвосхитил Нил Стивенсон в «Снежном крахе», описав оптические голограммы, обрабатывающие данные.

F = \frac{1}{N} |\text{Tr}(U^{\dagger} V)|
Здесь U — целевая унитарная матрица, V — измеренная, N — размерность. Чем ближе F к 1, тем точнее устройство воспроизводит заданное квантовое преобразование.
\Delta\phi = \frac{2\pi}{\lambda} \frac{dn}{dT} \Delta T L
Изменение температуры ΔT участка длиной L меняет показатель преломления стекла (dn/dT — термооптический коэффициент), вызывая сдвиг фазы света с длиной волны λ. Это позволяет микронными нагревателями управлять интерференцией фотонов.
Учёные
Erwin SchrödingerHugh Everett IIIDaniel GottesmanDavid DiVincenzoGilles BrassardIgnacio Cirac
Понятия
интеграция квантовой фотоники фотонная интегральная схема ультрафиолетовый лазер генерация одиночных фотонов с объявлением эффективность фотонов оптический чип оптический компьютер нанофотонное устройство фотоэлектронный умножитель лазерный импульс графический процессор кремниевый фотоумножитель квантовое преобразование Фурье сверхбыстрая электроника ультракороткий импульс квантовый процессор IBM сверхбыстрый процесс