«Квантовый интернет» все ближе: Физики нашли новый метод генерации квантово запутанных фотонов

Если когда-либо будет возможно создать сверхбезопасный, супер-быстрый «квантовый интернет», то квантово-запутанные фотоны, совершенно необходимы для него — и ученые только что нашли очень полезный новый способ их генерации.

Квантовая запутанность — это явление, когда две частицы (например, фотоны) связаны друг с другом, независимо от физического расстояния между ними. Если что-то происходит с одной из частиц, что-то должно случиться и с другой.

Хотя физики до сих пор не до конца понимают, как именно происходит запутывание, это явление открывает возможность для связи на больших расстояниях с квантовым питанием — где сдвиги в частицах в одном месте приводят к сдвигам в запутанных частицах на огромном расстоянии.

Это конкретное исследование предполагает, что квантово-запутанные фотоны используются в качестве квантового распределения ключей (QKD), своего рода низкоуровневого квантового Интернета, где классические данные в форме единиц и нулей получают дополнительный уровень конфиденциальности и безопасности благодаря квантовой физике.

До сих пор запутанные фотоны, используемые для этих методов шифрования, были ограничены диапазоном длин волн ближнего инфракрасного излучения от 700 до 1550 нм, что делает их уязвимыми для помех от поглощающих свет газов и солнечного излучения.

Другими словами, подключение для передачи данных работает только ночью: не идеально для того, что предположительно является интернет-инфраструктурой следующего поколения.

Новое исследование показывает, как генерировать и обнаруживать запутанные фотоны на более длинной длине волны 2,1 микрометра, которая защищена от таких помех. Конечный результат — гораздо более надежный и стабильный канал связи.

«Мы продемонстрировали, что запутанные поляризацией пары фотонов могут генерироваться, управляться и обнаруживаться с помощью нашего подхода», — пишут исследователи в своей опубликованной статье.

«Эта работа предоставляет новую платформу для квантовой оптики и прокладывает путь для технологических приложений для квантового зондирования и квантовой защищенной связи на большие расстояния в этом режиме длин волн».

Для достижения этой цели исследователи использовали нелинейный кристалл из ниобата лития: запутанные пары фотонов создавались с помощью ультракоротких световых импульсов от лазера, направленного в кристалл.

Квантовый Интернет, если мы сможем понять, как его создать, обещает быть во много раз более мощным, более безопасным и более приватным, чем все, что мы имеем сегодня. Например, любые попытки взлома мгновенно разорвали бы соответствующее соединение — неплохая сеть безопасности.

Мы все еще далеки от реализации этой мечты — на расстоянии, в стабильности, в практичности — но инновации, подобные описанным, неуклонно сближают нас и превращают квантовые вычисления из гипотезы в реальность.

«Следующим важным шагом будет миниатюризация этой системы путем преобразования ее в интегрированные фотонные устройства, что сделает ее пригодной для массового производства и для использования в других прикладных сценариях», — говорит квантовый физик Майкл Куес из Ганноверского университета им. Лейбница в Германии.

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.