Интегральные схемы — это «мозг» современных электронных устройств, таких как компьютеры или смартфоны. Традиционно эти схемы, также известные как чипы, используют электричество для обработки данных. В последние годы учёные обратили внимание на фотонные чипы, которые выполняют аналогичные задачи, используя свет вместо электричества, чтобы повысить скорость и энергоэффективность.
Физики из Инженерного колледжа Грейнджера при Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне продемонстрировали методы замедления света на фотонных чипах. Их выводы, [опубликованные](https://www.nature.com/articles/s41467-025-65533-1) в Nature Communications, позволяют реализовать функции высокого спектрального разрешения на чипе и полезны как для классической, так и для квантовой фотоники.
Фотонные чипы
Фотонные чипы используют оптические резонаторы, называемые резонаторами, для управления светом. Производительность этих резонаторов оценивается их добротностью (Q): чем дольше свет находится в резонаторе, тем выше его Q.
«Один из наиболее эффективных способов хранения света — это замедление его распространения», — сказала Элизабет Гольдшмидт, доцент кафедры физики и старший автор статьи. «Замедление распространения действует как хранение: если вы делаете длинный путь и замедляете его, он остаётся там некоторое время».
Квантовая память
Увеличение времени хранения важно для квантовой памяти, которая основана на способности хранить свет без разрушения содержащейся в нём квантовой информации. Создание квантовой памяти на чипе важно для развёртываемости, технологичности и надёжности. Однако в настоящее время это возможно только с использованием высококачественной объёмной оптики, поскольку внутренние дефекты, возникающие при производстве, приводят к потерям света на чипах.
Чтобы бороться с этими дефектами, Гольдшмидт и её коллеги изучили другую стратегию хранения света — просто увеличили время распространения. Используя метод, известный как спектральное выжигание дырок, исследователи смогли замедлить свет на чипе почти в 1000 раз. Это явление, известное как эффект медленного света, возникает из-за распространения света через среду со значительно сниженной скоростью. Лаборатория Гольдшмидт первой исследовала эффект медленного света на чипе.
«Я занималась спектральным выжиганием дырок в резонаторе, пытаясь создать более эффективные квантовые памяти, — сказала Прияш Барья, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники и ведущий автор статьи. — Я увидела неожиданный провал во время нашего сканирования, который не имел смысла. В конце концов мы пришли к выводу, что этот провал был вызван эффектом медленного света».
Для воспроизведения эффекта медленного света исследовательская группа обратилась к легированному эрбием ниобату лития — идеальной среде из-за его высокой плотности и когерентности. Настраиваемость их платформы в широком диапазоне частот добавляет дополнительное уникальное качество.
«Обычно вы создаёте устройство с намерением сделать что-то одно, и если вы хотите сделать что-то другое, вам нужно создать новое устройство, — сказал Барья. — Но поскольку мы используем спектральное выжигание дырок для придания устройству его свойств, мы можем переконфигурировать его столько раз, сколько захотим, снова и снова».
Инженеры из Инженерного колледжа Грейнджера в Иллинойсе считают, что их метод в конечном итоге можно будет использовать для ряда классических и квантовых приложений, которые в настоящее время основаны на объёмной оптике.
«Мы думаем, что эта платформа может быть использована для самых разных целей, таких как квантовая память на чипе, замедление одиночных фотонов для их хранения и создание более экзотических структур на чипе путём выполнения более сложных задач, чем просто выжигание одиночных спектральных отверстий», — сказала Гольдшмидт. «Мы как молоток в поисках гвоздей, и мы уже нашли много».
Предоставлено [Инженерным колледжем Грейнджера при Университете Иллинойса](https://phys.org/partners/university-of-illinois-grainger-college-of-engineering/).