Квантовый прорыв: мини-устройство на кремнии запутывает свет и электроны при комнатной температуре

В мире квантовых технологий наметился настоящий прорыв: ученые из Стэнфорда создали миниатюрное устройство, способное запутывать свет и электроны без необходимости охлаждения до экстремально низких температур. Если раньше квантовые компьютеры ассоциировались с огромными установками, требующими почти абсолютного нуля по Фаренгейту, то теперь на горизонте появилась технология, работающая при обычной комнатной температуре. Это открывает дорогу к созданию компактных и доступных квантовых компонентов, которые могут стать основой для новых решений в криптографии, вычислениях и искусственном интеллекте.

В основе разработки лежит тончайший слой диселенида молибдена (MoSe2), размещённый на кремниевой подложке с особым нанорельефом. Такой материал относится к дихалькогенидам переходных металлов, которые славятся своими уникальными оптическими свойствами. Благодаря хитроумной структуре, свет, проходя через устройство, начинает закручиваться по спирали — этот эффект называют «twisted light«. Но самое интересное — эти закрученные фотоны способны передавать своё вращение электронам, что и позволяет создавать кубиты, ключевые элементы квантовых вычислений.

Ранее главной проблемой было то, что электроны слишком быстро теряли своё квантовое состояние, и для его сохранения требовалось глубокое охлаждение. Новое устройство решает этот вопрос: наноструктуры на кремнии позволяют точно управлять движением фотонов, а взаимодействие с MoSe2 стабилизирует спиновую связь между светом и электронами. В результате удаётся поддерживать квантовую когерентность при обычной температуре, что делает технологию гораздо более практичной и дешёвой по сравнению с традиционными квантовыми системами.

Исследователи отмечают, что их подход может стать фундаментом для создания новых квантовых сетей, где передача и обработка информации будет происходить с минимальными затратами энергии и без сложных систем охлаждения. В перспективе такие устройства можно будет интегрировать в привычные электронные приборы, а значит, квантовые вычисления и защищённая связь станут доступны гораздо более широкому кругу пользователей.

Сейчас команда работает над дальнейшим совершенствованием технологии, исследует другие материалы из семейства TMDC и ищет способы повысить эффективность передачи квантовых состояний. В планах — создание целых квантовых сетей, где подобные устройства будут работать в связке с новыми источниками света, детекторами и модуляторами. Если всё пойдёт по плану, через несколько лет квантовые технологии смогут стать частью повседневной жизни, а вычисления, которые сегодня кажутся фантастикой, будут доступны даже в обычных смартфонах.

Пока до этого ещё далеко, но уже сейчас ясно: миниатюрные квантовые устройства, работающие при комнатной температуре, способны изменить представление о будущем вычислительной техники, безопасности данных и искусственного интеллекта. Ярослав Игнатьев