Ученые из Венского университета (Австрия) в соавторстве с коллегами из Технологического университета Дельфта (Нидерланды) смогли разработать инновационный метод измерения и управления квантовыми состояниями так называемых фононов, являющихся своего рода квазичастицами, представляющими собой кванты звуковых колебаний. Данный метод опирается на взаимодействие фотонов света с фононами. Открытие имеет потенциал для создания новых типов устройств хранения и обработки информации, что может стать основой для развития квантовых компьютеров и коммуникационных систем. Фононы, будучи квазичастицами, демонстрируют свойства, характерные для частиц, что позволяет рассматривать их какbridge между классической и квантовой физикой. Однако для эффективного использования фононов в квантово-информационных технологиях необходимо не только их генерировать, но и точно измерять и контролировать параметры, определяющие их квантовое состояние.
Предложенный метод открывает новые возможности для решения этой задачи. Разработанный учеными новый метод основывается на импульсах высокоэнергетического синего света, освещающих так называемый кремниевый оптомеханический кристалл, имеющий определенную форму. Под воздействием энергии фотонов синего света кристалл начинает вибрировать особым образом и в его среде возникают фононы. А для взаимодействия с этими фононами ученые используют импульсы низкоэнергетического красного света. Фотоны красного света взаимодействуют с фононами, не оказывая влияния на их квантовое состояние, некоторые из них отражаются назад и улавливаются датчиками интерферометра, который измеряет все основные параметры этих фотонов.
Информация, которую несут в себе фотоны отраженного красного света, содержит информацию о состоянии фононов, находящихся внутри кристалла. Собранные учеными данные показали, что некоторые фононы в кристалле подчиняются в большей мере законам квантовой механики, нежели законам классической физики, т.е. являются квантовыми частицами, которые можно использовать в различных квантовых технологиях.
Во время исследований ученые продемонстрировали, что за счет квантовой природы фотонов света и некоторых фононов внутри кристалла новая технология может быть использована для хранения квантовой информации.
Матрицы из кремниевых кристаллов-резонаторов могут быть размещены прямо на кристалле квантового процессора или на отдельном кристалле квантовой памяти, достаточно большого объема, наличие которой может существенно расширить возможности квантовых вычислительных систем.
