Учёные из Университета Британской Колумбии (UBC) предложили новый кремниевый чип, способный преобразовывать микроволновые квантовые сигналы в оптические и обратно — ключевой шаг на пути к созданию защищённого квантового интернета.

Проблема, которую решают исследователи, заключается в несовместимости двух важных участников квантовой системы: квантовых процессоров, работающих на микроволновых частотах, и оптических каналов связи, по которым передают информацию на большие расстояния. Преобразователи предыдущих поколений либо теряли слишком много информации, либо требовали слишком энергии, либо не выдерживали калибровки при массовом производстве.

Команда под руководством профессора Мохаммада Халифы использовала кремниевую платформу и внедрила в неё искусственные дефекты, интегрированные магнитными и оптическими резонаторами. При наведении микроволновый и оптический сигналы приводят систему в «двойной резонанс», и тогда один фотон переходит из одного диапазона в другой с потерями не более 5%, показали расчёты и моделирование.

При этом подкачка потребляла всего микроватты мощности — критическое условие для масштабирования устройства на уровне чипов. Работа подробно демонстрирует устойчивость чипа к вариациям в параметрах дефектов и производственных допусков.

Особенно важно, что устройство создано на базе стандартной CMOS-совместимой технологии — то есть его можно выпускать на тех же фабриках, где создают классические микропроцессоры. Это снижает цену внедрения и позволяет легче интегрировать новинку в существующую инфраструктуру — от дата-центров до телекоммуникационной сети.

Достижение становится фундаментом для создания глобальной архитектуры квантового интернета, где квантовые компьютеры и сенсоры можно будет соединять между собой через оптоволоконные каналы, сохраняя запутанность фотонов — тот самый ресурс, который даёт квантовым коммуникациям защищённость и сверхвысокую точность передачи.

Авторами проекта уже анонсированы планы по созданию первого действующего прототипа — устройства UUKF (универсальный квантовый фото-конвертер) — и его тестирование в реальных сетевых условиях: в лабораторных оптоволоконных линиях, с оценкой чувствительности к температурным колебаниям и шуму.

Если такая система успешно пройдёт испытание, то она поможет активировать «квантовый интернет» — инфраструктуру, способную соединять квантовые компьютеры, спутники и сенсоры на глобальном уровне. Это может радикально изменить методы шифрования, телекоммуникации и вычислительных платформ.

Сейчас ключевая задача — преодолеть разрыв между теорией и практикой. Даже хорошие показатели в лабораторных условиях требуют проверки на производственных масштабах. При этом критически важна стабильность: чипы должны демонстрировать неизменную эффективность через сотни и тысячи запусков.