Ученые из Университета Айовы предложили инновационный метод очистки фотонов, позволяющий повысить надежность и безопасность оптических квантовых технологий. Улучшив механизм генерации единичных частиц света, специалисты надеются устранить ключевые ограничения существующих квантовых систем, пишет ScienceDaily.
Главная цель состояла в преодолении двух ключевых трудностей, возникающих при формировании стабильного потока одиночных фотонов, необходимого для работы фотонных квантовых компьютеров и защищенных сетевых коммуникаций. Первая проблема связана с эффектом лазерного рассеяния. Во время взаимодействия лазера с атомом, предназначенного для стимулирования выброса фотона, возникают нежелательные фотоны, ухудшающие качество передачи аналогично случайным электрическим шумам в обычных цепях. Второе ограничение обусловлено непредсказуемым поведением атома, который иногда выбрасывает сразу несколько фотонов одновременно, нарушая строгий временной порядок, требуемый для выполнения квантовых операций.
В новом исследовании физики обнаружили неожиданную связь между двумя проблемами. Эксперимент показал, что спектральные характеристики и формы волн множества фотонов практически совпадают с характеристиками исходного лазерного излучения. Таким образом, исследовательская группа пришла к выводу, что правильное согласование сигналов позволит добиться эффекта взаимной компенсации. Рассеянное лазерное излучение, ранее считавшееся источником помех, теперь может стать эффективным инструментом подавления нежелательных фотонов.
Создание надежных каналов передачи одиночных фотонов особенно важно для развития квантовых вычислительных платформ. Современные классические системы используют электрические сигналы, представленные битами, тогда как квантовые устройства полагаются на кубиты, которыми зачастую выступают именно фотоны. Ожидается, что фотонные технологии займут центральное место в эволюции квантовых вычислений. Важнейшим условием успеха становится создание чистого, управляемого и стабильно воспроизводимого потока одиночных фотонов.
Организованный поток фотонов легче контролируется и масштабируется, обеспечивая повышенную степень защиты. Ученые проводят аналогию с организацией движения учащихся в школьном буфете: последовательное прохождение каждого ученика упрощает управление процессом и предотвращает хаос. Так же и с фотонами: четкая линейная последовательность уменьшает риски перехвата или незаконного доступа к передаваемым данным.
Теоретическое моделирование продемонстрировало возможность одновременного устранения обоих барьеров, мешающих развитию высокоскоростных фотонных устройств. Подтверждение теории в ходе дальнейших экспериментов могло бы привести к значительному прогрессу в разработке перспективных квантовых компьютеров и высокоэффективных систем коммуникации.
Тем временем в России разработали методику улучшения нанобиосенсоров.
