Оптический транзистор — очередной шаг на пути к квантовому Интернету

Над созданием квантового Интернета, использующего квантовые транзисторы, работают физики немецкого Института оптики имени Макса Карла Эрнста Людвига Планка во главе с Герхардом Ремпе (Gerhard Rempe). 14 мая этого года они создали систему, основанную на одном атоме, которую они называют «квантовым оптическим транзистором». В будущем такие транзисторы, возможно, станут основой компьютеров и информационных сетей.

Эден Файджероа (Eden Figueroa), один из исследователей, отмечает, что в 1950 годах люди в Bell Laboratories занимались практически тем же. «Они изобрели транзистор и многие думали, что они сумасшедшие. Однако спустя 50 лет, каждый использует ноутбук…. мы создаём квантовый транзистор, который, возможно, будет использоваться в компьютерах через 30 лет».

Традиционный транзистор — это полупроводниковое устройство, которое позволяет усиливать сигнал, замыкать или размыкать цепь. Транзисторы являются основной частью любой электроники, а тем более компьютеров. В чипах их количество обычно прямо пропорционально производительности и вычислительным возможностям.

Квантовый транзистор отличается тем, что использует особенности квантовой физики, в которой частицы могут сообщаться через открытое пространство даже без необходимости соприкосновения. Квантовый транзистор, разработанный сотрудниками Института квантовой оптики, использует луч света, чтобы изменять свойства другого луча. Это позволяет передавать информацию из точки A в точку Б без необходимости создания каналов передачи.

Их метод опирается на сложную технику управления светом, которая называется электромагнитно вызываемая прозрачность (electromagnetically induced transparency, EIT). Один луч света контролирует свойства другого, почти как в обычных транзисторах напряжение контролирует ток, проходящий через транзистор. Исследователи впервые демонстрируют эффект EIT через посредничество одного атома: ранее техника применялась на сотнях и тысячах атомах в газе.

При обычных условиях луч лазера не взаимодействует с другим лучом, однако при определённых условиях этого можно добиться. Немецкие исследователи поместили атом рубидия в конструкцию между двумя тонкими зеркалами, находящимися на расстоянии полмиллиметра друг от друга. Затем они направили лазер на данную конструкцию, настроив его так, чтобы атом начал отражать свет. Затем направили на атом второй управляющий луч лазера с иной частотой под прямым углом к первому и настроили его так, чтобы создать условия прозрачности для прохождения первого лазера чрез конструкцию. Таким образом, система стала иметь два состояния — прозрачное и непрозрачное, по аналогии с открытым и закрытым состоянием классического транзистора.

Подобный квантово-механический транзистор (Туннелированный транзистор с двойным электронным слоем, Double Electron Layer Tunneling Transistor, DELTT) был разработан командой Sandia в лаборатории Департамента энергии (DOE). По данным Sandia, устройство в состоянии исполнять триллион операций в секунду, в 10 раз быстрее самых совершенных транзисторных схем, используемых в настоящее время.

Благодаря разработке таких групп исследователей как Sandia и Института квантовой оптики, эра квантового интернета и квантовых вычислений может оказаться совсем рядом.