Все новости

Физик создали защищенный от помех квантовый источник света

Такие приборы можно будет применять как в системах связи, так и при разработке компьютеров

ТАСС, 17 февраля. Ученые создали источник запутанных частиц света, который физически защищен от всего, что мешает формированию квантовых связей между фотонами. Перспективы его применения в квантовой электронике и связи разработчики описали в научном журнале Nature Photonics.

"Мы экспериментально показали, что топологически защищенные кремниевые источники фотонов могут вырабатывать идеальные пары запутанных частиц, причем для этого не требуются сверхнизкие температуры или магнитное и вакуумное экранирование устройства. Подобные источники света можно использовать в качестве основы для квантовых систем связи, сверхчувствительных измерительных приборов и квантовых компьютеров, защищенных от помех", – пишут ученые.

Надежные источники одиночных фотонов – это один из самых важных компонентов квантовых вычислительных устройств и систем шифровки данных. Подобные излучатели необходимы для передачи информации между отдельными компонентами квантового компьютера, без чего их практическое применение будет невозможным.

Как правило, большинство существующих прототипов такого рода работает лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, что сильно ограничивает сферу их применения. Лишь несколько лет назад физики создали первые прототипы источников одиночных фотонов на базе дефектных алмазов, которые могут работать при комнатных температурах.

В новой работе физики под руководством доцента Пекинского университета Вана Цзяньвэя разработала первый источник запутанных частиц света, который может вырабатывать идеальные пары одиночных фотонов даже в комнатных условиях. По словам ученых, прибор не уступает в этом отношении всем существующим системам такого рода, которые могут функционировать только в вакууме и при температуре, близкой к абсолютному нулю.

Идеальный источник частиц

Создание излучателя стало возможным благодаря использованию принципов квантовой физики для защиты устройства от появления помех, мешающих формированию квантовых связей между фотонами. Ученые много лет активно пытаются приспособить материалы с подобными свойствами, так называемые топологические изоляторы, для ведения квантовых вычислений, однако пока они еще не применялись при создании источников света.

Ван Цзяньвэй и его коллеги выяснили, что подобную роль может играть кремниевый микрочип, покрытый большим числом микроскопических световодов и кольцеобразных оптических резонаторов, объединенных в сетку из множества соединенных друг с другом блоков. Размеры "ячеек" этой сетки и их физические свойства были подобраны таким образом, что находящиеся внутри них частицы света были защищены от любых внешних воздействий.

Введение двух частиц света в эту конструкцию, как показали первые опыты с сеткой из световодов и резонаторов, приводило к тому, что они запутывались на квантовом уровне и переходили в так называемое "белловское состояние" с 96% вероятностью. Так физики называют одну из простейших форм квантовой запутанности, в которой частицы всегда находятся или в совпадающих, или в противоположных состояниях.

Последующие эксперименты указали на то, что фотоны переходили в белловское состояние в 95% случаев даже при комнатной температуре и при наличии различных источников помех и физических дефектов внутри сетки из резонаторов и световодов. Это выгодно отличает данный источник света от других генераторов запутанных фотонов, работающих только в строго контролируемых условиях и требующих постоянного охлаждения и экранирования.

Запутанные пары частицы света в белловском состоянии широко применяется как в работе квантовых систем связи, так и при разработке вычислительных машин. Как считают Ван Цзяньвэй и его коллеги, это позволит легко интегрировать созданный ими генератор запутанных частиц в уже существующие квантовые устройства, что значительно упростит, удешевит и ускорит их последующую разработку.