Ученые из Российского квантового центра, МФТИ и СПбГУ предложили и теоретически обосновали механизм оптической памяти для будущих чипов. Расчеты показали, что такая память сохраняет одну из характеристик света — его поляризацию — после окончания исходного импульса. Работа опубликована в научном журнале Physical Review Letters.
Сегодня свет быстро передает большие объемы данных, но внутри компьютеров информация по-прежнему обрабатывается и хранится преимущественно в электронной форме. Поэтому световой сигнал приходится преобразовывать в электрический, а затем обратно, что создает задержки и требует энергии. Чтобы сократить число таких преобразований, оптическим чипам необходима собственная память, способная сохранять заданное состояние света.
В предложенной схеме роль памяти выполняет поляритонный конденсат Бозе-Эйнштейна — особое коллективное состояние света и вещества внутри полупроводникового устройства. Слабый световой импульс задает его поляризацию, а затем новые частицы переходят преимущественно в такое же состояние и усиливают первоначальный сигнал. В результате заданная поляризация сохраняется и после окончания импульса.
Эту идею ученые проверили с помощью компьютерного моделирования. Без задающего импульса система спонтанно выбирала случайную поляризацию. Но даже слабый поляризованный сигнал — на уровне одного фотона — задавал ей нужное состояние, которое сохранялось в течение сотен пикосекунд, в сто раз дольше времени жизни отдельного поляритона. При более сильном сигнале память становилась устойчивее.
«Главный результат связан с разницей временных масштабов. Хотя отдельный поляритон существует очень недолго, заданная световым сигналом поляризация сохраняется в конденсате в сотни раз дольше. В модели этот эффект наблюдается даже при мощности начального возбуждения на уровне одного фотона. Это не означает, что система клонирует фотон со всеми его свойствами, но она запоминает поляризацию сколь угодно слабого светового импульса. Результаты подтверждают, что поляритонный конденсат можно рассматривать как возможную основу для оптической памяти».
Алексей Кавокин, руководитель научной группы «Квантовая поляритоника» Российского квантового центра, инициатор и соавтор данного исследования
Российский квантовый центр (РКЦ) — научно-технологический центр уникального для России формата, за короткое время занявший лидирующие позиции в области научных исследований, а также в разработке высокотехнологичных коммерческих продуктов на основе квантовых технологий. Именно РКЦ в 2018 году первым в мире запустил квантовый блокчейн, в 2021 году представил первый отечественный ионный квантовый компьютер на куквартах, а в 2025 году — первый российский ионный квантовый компьютер на кусептах.