Ученые разрабатывают метод создания квантовой связи через стандартное оптоволокно
В настоящее время большинство телекоммуникационных сетей используют оптоволокно, которое может передавать большие объемы данных с высокой скоростью. Но эти кабели несовместимы с длинами волн еще более мощных и гораздо более безопасных квантовых коммуникаций.
В статье в Science Daily утверждается, что голландские исследователи нашли способ использовать существующие волоконно-оптические сети для квантовых коммуникаций. Они создали квантовые биты (кубиты) из карбида кремния, которые содержат примеси молибдена.
Молибден действует как центры окраски для карбида кремния. Новый кубит генерировал фотоны, которые были очень близки к длинам волн волоконно-оптических сетей, которыми управляют телекоммуникационные провайдеры.
Методика была разработана исследователями из Университета Гронингена (UG) и их шведских партнеров Link?ping University и Norstel AB. Они сообщили, что их кубит может передавать данные на длине волны 1100 нанометров.
Для сравнения, провайдеры телекоммуникационных услуг используют для передачи данных длины волн 1300 или 1500 нанометров. Европейская исследовательская группа утверждает, что они могут отрегулировать длину волны фотонов от их кубита карбида кремния-молибдена, чтобы соответствовать этим коммерческим стандартам.
Исследователь UG и основной автор Том Босма объяснил, что его команда воспользовалась примесями, которые образуются в карбиде кремния. Обычно эти дефекты не приветствуются в полупроводнике, поскольку влияют на проводящие свойства кристалла.
Однако примеси также способны образовывать центры цвета. Эти крошечные структуры реагируют на свет определенных длин волн и в конечном итоге испускают собственные фотоны.
В кубите UG атомы молибдена являются дефектами в кристаллах карбида кремния. При попадании лазерных фотонов соответствующей длины волны электроны во внешней оболочке молибдена переходят на более высокий энергетический уровень.
Возбужденные атомы в конечном итоге восстанавливают свое основное состояние. Когда они это делают, они испускают свою дополнительную энергию в виде фотонов. В случае молибдена его атомы излучают инфракрасный свет. Длины волн этих фотонов близки к тем, которые используются для передачи данных.
Кармен Джилардони, научный сотрудник Bosma, также работала над кубитом карбида кремния. Она использовала когерентную ловушку, чтобы придать суперпозиции цветовые центры.
Электроны обладают квантово-механическим свойством, которое называется спином. Это свойство придает электрону магнитный момент, который указывает вверх или вниз. Эти противоположные спиновые состояния могут использоваться для представления 0 и 1, превращая тем самым электрон в кубит.
«Если вы применяете магнитное поле, спины выравниваются либо параллельно, либо противоположно магнитному полю, - объяснила Джилардони. - Интересно, что в результате основное состояние для электронов со спином вверх или вниз немного отличается».
Босма, Джилардони и их товарищи по команде считают, что изменение примеси с молибдена на другой элемент приведет к изменению длины волны фотонов. Они также надеются увеличить стабильность суперпозиции. Если они преуспеют в обоих случаях, то смогут помочь сделать квантовый интернет реальностью.
