Ένα νέο κβαντικό φωτονικό τσιπ υπόσχεται να ξεπεράσει τα όρια των προηγούμενων επεξεργαστών φωτονίων, ενσωματώνοντας για πρώτη φορά φωταυγή μόρια απευθείας σε μονοτροπικούς κυματοδηγούς, με στόχο την παραγωγή πολλών αδιακρίτως μονοφωτονικών πηγών πάνω στην ίδια πλατφόρμα.
Φωτονικοί κβαντικοί επεξεργαστές έχουν ήδη δείξει σημαντικές δυνατότητες για υπολογισμούς, επικοινωνίες και τη μελέτη πολύπλοκων κβαντικών συστημάτων.
Για πρακτική αξιοποίηση, όμως, απαιτούνται τσιπ που μπορούν να ενσωματώνουν πολλές καθοριστικές και σταθερές πηγές μονοφωτονίων. Μέχρι σήμερα, αυτό ήταν εξαιρετικά δύσκολο λόγω του spectral diffusion, δηλαδή της τυχαίας μετατόπισης στη συχνότητα εκπομπής των στερεοκαταστασιακών εκπομπών.
Από την Κίνα ένα νέο μοριακό τσιπ
Ερευνητές από το Huazhong University of Science and Technology, το Wuhan Institute of Quantum Technology και το Zhejiang University παρουσίασαν στην Nature Nanotechnology μια νέα αρχιτεκτονική που ενσωματώνει μεμονωμένα μόρια σε single-mode waveguides.
Το σύστημα αξιοποιεί οργανικά μονομόρια ενσωματωμένα σε μονοκρυσταλλικό νανοφιλμ, τα οποία προσφέρουν εξαιρετικά σταθερή, οριακή ως προς τον χρόνο ζωής εκπομπή – κρίσιμη για την παραγωγή αδιακρίτων φωτονίων.
«Η προηγούμενη δουλειά μας έδειξε ότι οργανικά μόρια μπορούν να παρουσιάσουν αξιοσημείωτη σταθερότητα όταν συνδυάζονται με φωτονικά κυκλώματα», εξηγεί ο Xue-Wen Chen. «Αυτό μας ώθησε στη δημιουργία ενός μοριακού κβαντικού φωτονικού τσιπ με πολλαπλές παράλληλες πηγές μονοφωτονίων».
Πρωτοποριακές δυνατότητες στο ίδιο τσιπ
Η ομάδα δημιούργησε δύο ανεξάρτητες μοριακές πηγές που εκπέμπουν αδιακρίτως φωτόνια, επιτυγχάνοντας Hong-Ou-Mandel interference, μια χαρακτηριστική κβαντική υπογραφή που αποδεικνύει ότι τα φωτόνια είναι πραγματικά αδιαχώριστα. Το τσιπ βασίζεται σε υβριδική αρχιτεκτονική που συνδυάζει οργανικό νανοφιλμ, silicon-nitride φωτονικά κυκλώματα και μεταλλικά ηλεκτρόδια.
Κάθε μόριο μπορεί να ρυθμιστεί ηλεκτρικά, επιτρέποντας στους ερευνητές να ευθυγραμμίσουν με ακρίβεια τις συχνότητες μετάβασης δύο διαφορετικών μορίων ώστε να καταστούν απολύτως ταυτόσημα. Τα φωτόνια τους διοχετεύονται σε κυματοδηγούς και συγκλίνουν σε on-chip beam splitter, όπου πραγματοποιείται η κβαντική συμβολή HOM.
Περισσότερες πληροφορίες: Tailin Huang et al, Κβαντική παρεμβολή σε τσιπ μη διακριτών μεμονωμένων φωτονίων από ενσωματωμένα ανεξάρτητα μόρια, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-02043-7 .
Πληροφορίες περιοδικού: Nature Nanotechnology
