De basis voor een (kwantum)lichtcomputer? (afb: Harvarduniversiteit)

De mogelijkheid te spelen met elektronen heeft ons het rekentuig gebracht, maar elektronen hebben zo hun beperkingen. Licht zou een sneller alternatief zijn en in op vele plaatsen in een communicatie-systeem wordt al volop met licht gewerkt, maar spelen met licht is niet zo simpel als spelen met elektronen. Nu schijnen onderzoekers van Harvard toch een manier te hebben gevonden om dat voor elkaar te krijgen. Ze hebben componenten ontwikkeld om licht op te slaan en om de frekwentie van het licht in geïntegreerde schakelingen te manipuleren. Deze ontwikkeling lijkt (mij;as) een ferme stap in de richting van een lichtcomputer.
“Dit is de eerste keer dat er mikrogolven zijn gebruikt om de lichtfrekwentie op een programmeerbare manier op een chip te veranderen”, zegt, voormalig, Harvardonderzoeker en oprichter van het bedrijf Hyperlight Mian Zhang. “Veel kwantumfotonische en klassieke opticatoepassingen maken gebruik van frekwentieveranderingen. Dat bleek een probleem. Wij laten zien dat we niet alleen de frekwentie kunnen veranderen op een beheersbare manier, maar ook dat we die verandering kunnen opslaan en naar keus weer kunnenoproepen. Dat is nog niet eerder mogelijk geweest.”
Er wordt in de draadloze communicatie veel met mikrogolven gewerkt, maar die zouden te zwak zijn om fotonen (lichtdeeltjes) te sturen. Dat was wijsheid tot een groep rond Harvardonderzoeker Marko Loncar een techniek ontwikkelde om optische microstructuren te maken met lithiumniobaat. Die verbinding heeft bijzondere en bijzonder krachtige elektro-optische eigenschappen.
Loncar en de zijnen hadden al aangetoond dat het mogelijk is met lithiumniobaatgolfgeleiders licht te transporteren met weinig verlies. Ook hadden zij gedemonstreerd dat de lichtintensiteit met lithiumniobaatmodulatoren is te regelen. In het huidige onderzoek werden de verschillende zaken gecombineerd om een molecuulachtig systeem te ontwikkelen waarmee zeer nauwkeurig de fase en de frekwentie van licht op een chip is te reguleren.

“De unieke eigenschappen van lithiumniobaat geven ons de dynamische controle over licht in een programmeerbaar elektro-optisch systeem”, zegt medeonderzoeker Cheng Wang. “Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van programmeerbare filters voor de optische en mickrogolfsignaalverwerking met toepassingen in de radioastronomie, radartechnologie enzovoort.”

Minder signaalverlies

De onderzoekers werken nu aan golfgeleiders met nog minder signaalverlies en mikrogolfcircuits om hogere frekwenties mogelijk te maken om, uiteindelijk, de kwantumverbinding te maken tussen mikrogolven en fotonen. Loncar: “De energie van mikrogolven en van fotonen scheelt een factor vijf in grootte, maar met ons systeem is dat gat wellicht te overbruggen met een doelmatigheid van bijna 100%, een foton per keer. Dat maakt het mogelijk een kwantumwolk te vormen, een gedistribueerd netwerk van kwantumcomputers die verbonden via veilige optische communicatiekanalen.”

Hebben we het dan over lichtcomputers? Ik weet het niet. Misschien hebben we het dan meteen wel over een optische kwantumcomputer.

Bron: Alpha Galileo