Российские физики придумали новый способ "запутывания" фотонов
Физики из МГУ разработали новую методику запутывания фотонов, которая не требует "просеивания" частиц после объединения состояний частиц, что позволяет создавать сверхмощные источники света для спутников квантовой связи и квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
"Квантовая криптография - лишь одно из возможных приложений таких источников фотонов. В отличие от классической связи, где достаточно использовать нули и единицы, в квантовой связи все сложнее. Оказывается, что повышение размерности алфавита не только увеличивает количество информации, кодируемое в одном фотоне, но и увеличивает секретность связи. Поэтому хочется развивать системы квантовой связи, основанные, в том числе, и на кодировании информации в пространственной форме фотонов", - заявил Станислав Страупе из МГУ имени М. В. Ломоносова.
Квантовое запутывание - это особое состояние материи, в котором могут находиться две и более частиц, атомов или ионов. Запутывание проявляется в том, что, будучи разделенными большими расстояниями, на которых никакие физические силы их уже не связывают, частицы ведут себя так, как будто между ними происходит какое-то взаимодействие, а изменение состояния одной частицы в системе приводит к закономерному изменению состояния другой.
На основе этого феномена работают все существующие системы квантовой шифрации информации, квантовой телепортации, квантовые "линейки" и прочие высокотехнологичные "гаджеты", где используются свойства объектов микромира для совершения полезной работы в макромире. Для работы всех из них, как рассказывают Страупе и его коллеги, требуется одна общая вещь: генератор запутанных фотонов - частиц света, чьи квантовые свойства неразрывно связаны друг с другом.
Для получения таких частиц ученые обычно используют особые кристаллы, обладающие нелинейными оптическими свойствами. Частицы света, попадающие в них, особым образом расщепляются на две связанных друг с другом половины, которые движутся в разных направлениях. Подобные запутанные фотоны, как правило, нельзя сразу использовать для ведения экспериментов, так как их сначала нужно очистить от помех и случайных частиц света. Это заметно снижает мощность и яркость таких излучателей.
Российские ученые нашли способ, как можно избавиться от данной стадии производства "запутанного света", связывая между собой не только состояния частиц, но и их относительное положение в пространстве. Благодаря этому необходимость в фильтрации фотонов отпадает, так как все частицы света, вырабатываемые таким источником света, будут автоматически соответствовать тем критериям отбора, которые обычно применяются при "сортировке" фотонов.
Подобный подход, требующий небольшого изменения в том, как работает лазер, который накачивает подобный нелинейный кристалл, позволяет получать очень яркие и качественные источники запутанных фотонов. Их можно будет применять не только в качестве основы систем "наземной" квантовой связи, но и для решения других проблем, которые раньше нельзя было решить в принципе.
К примеру, Ученые из МГУ планируют, что в дальнейшем их разработка будет применяться для создания воздушного оптического канала связи со спутником, куда по понятным причинам нельзя протянуть оптическое волокно.
