Ученые открыли новые способы формирования квантового света
Физики показали, как можно целенаправленно формировать свет на квантовом уровне в пространстве и времени, создавая многомерные квантовые состояния.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Тщательно контролируя пространственный узор фотона, его временны́е характеристики и спектр, специалисты Университета Витватерсранда в Южной Африке совместно с коллегами из Автономного университета Барселоны конструируют так называемые структурированные фотоны — частицы света, созданные под конкретную задачу.
Такие «сделанные на заказ» фотоны открывают новые возможности для квантовой связи большой емкости и квантовых технологий следующего поколения. Главное преимущество в том, что каждый структурированный фотон способен нести больше информации и эффективнее противостоять помехам — это делает технологию особенно привлекательной для защищенных систем квантовой коммуникации.
«Подстройка квантовых состояний, когда квантовый свет конструируется для конкретной цели, в последнее время набрала темп и наконец начинает раскрывать свой полный потенциал, — говорит соавтор работы, профессор Университета Витватерсранда Эндрю Форбс. — Двадцать лет назад набор инструментов для этого практически отсутствовал. Сегодня у нас есть компактные и эффективные источники структурированного квантового света на чипах, способные создавать и контролировать квантовые состояния».
Среди технологий, которые превращают структурированные квантовые состояния из лабораторных концепций в практические системы, — интегрированная фотоника на чипах, нелинейная оптика и многоплоскостное преобразование света. Эти методы находят применение в визуализации, сенсорике и квантовых сетях.
Однако реальные условия все еще создают препятствия. Некоторые каналы связи плохо подходят для пространственно структурированных фотонов, что ограничивает дальность передачи сигнала. «Хотя мы добились поразительного прогресса, сложные проблемы остаются, — признает Форбс. — Дальность передачи структурированного света, как классического, так и квантового, остается очень низкой. Впрочем, именно это побуждает нас искать новые параметры, в частности, топологические свойства фотонов».
Для преодоления этого ограничения физики изучают способы придания квантовым состояниям топологических свойств, которые делают квантовую информацию более устойчивой к возмущениям. «Мы недавно показали, что квантовые волновые функции естественным образом обладают потенциалом быть топологическими, и это обещает сохранение квантовой информации, даже если запутанность хрупка», — добавляет Форбс.
Современные лаборатории уже переходят от теоретических вычислений к созданию компактных устройств: появляются микрочипы, способные создавать и анализировать многомерные квантовые состояния, а новые методы сверхбыстрого формирования импульсов позволяют управлять светом почти как музыкальной мелодией. Все это приближает появление квантовых сетей нового поколения — устойчивых, безопасных и невероятно емких.
Ранее ученые разработали термодинамический компьютер: он генерирует картинки из шума.
Поделиться
