Пьезоэлектрический кристалл преобразует электрический сигнал (в СВЧ-диапазоне) в оптический. Подобное устройство может быть использовано в квантовых системах связи.

Ложно-цветное изображение системы, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа Красным показана фотонная схема, желтым — электроды, синим — оптомеханический кристалл
Схема преобразования электрического сигнала в оптический посредством механических колебаний

Исследователи из Калифорнийского университета разработали концепцию и прототип устройства, способного эффективно преобразовывать электрический сигнал в оптический. В современных сетях электрические сигналы преобразуются в оптические и передаются по оптоволоконным линиям, но передать подобным образом квантовые состояния -нетривиальная задача, от решения которой зависит будущее безопасных квантовых сетей.

«Мы обнаружили, что существует способ перейти от электрического квантового состояния к оптическому квантовому состоянию», — говорит Йорг Бохман, ведущий автор исследования.

«Сердце» предложенного исследователями устройства — оптомеханический пьезоэлектрический кристалл. Сверхвысокочастотный электрический сигнал возбуждает механические колебания в кристалле (обратный пьезоэлектрический эффект), которые в свою очередь преобразовываются в оптический сигнал.

Система, параметры которой Бохман охарактеризовал как «многообещающие», работала только с классическими сигналами. На следующем этапе работы ученым предстоит проверить, передаются ли квантовые свойства, заданные электрическим сигналом, покидающим устройство фотонам.

Исследователи полагают, что разработанная ими система полностью совместима со сверхпроводящими квантовыми схемами и может работать при температурах, близких к абсолютному нулю, ничуть не хуже, чем во время экспериментов, проходивших при комнатной температуре.

«Мы считаем, что объединение оптомеханики с квантовыми устройствами позволит реализовать «системы на кристалле» нового поколения, обладающие уникальными возможностями, и откроет захватывающие перспективы в области электронных и фотонных квантовых систем», — сказал Эндрю Клиланд, соавтор исследования.

По пресс-релизу UC Santa Barbara