Дослідники Шанхайського інституту мікросистем та інформаційних технологій (SIMIT) у Китаї розробили детектор одиночних фотонів на 100 каналів. Пристрій може стати важливим компонентом майбутніх квантових мереж, здатних передавати квантову інформацію за допомогою частинок світла.
Під час випробування прототипу мережі з використанням нового детектора дослідники отримали точність квантового передавання даних понад 90%. Це перспективний результат для розвитку квантового зв’язку, хоча сам по собі він ще не означає появи повноцінної масштабної мережі.
Навіщо квантовим мережам потрібні фотонні детектори
Розвиток квантових обчислень і сенсорних технологій створює потребу в мережах, які зможуть передавати квантову інформацію між пристроями. Один із перспективних підходів передбачає використання оптоволоконної інфраструктури, подібної до тієї, що вже застосовується в сучасних телекомунікаціях. Це потенційно полегшить перехід до нової технології.
Важливу роль у таких системах відіграють детектори одиночних фотонів — SPD. Вони реєструють окремі частинки світла, які можуть переносити квантову інформацію. Такі пристрої необхідні для квантового зв’язку через оптоволоконні лінії та вільний простір, а також для реалізації протоколів, пов’язаних із квантовою заплутаністю.
Фотони можуть використовуватися для передавання квантових станів між віддаленими компонентами мережі. Саме тому здатність надійно виявляти окремі частинки світла є однією з ключових технічних умов розвитку квантових комунікацій.
Чому створити точний детектор складно
Наявні детектори одиночних фотонів мають різні переваги й обмеження. Один із найточніших типів — надпровідникові нанодротові детектори одиночних фотонів (SNSPD). Вони забезпечують високі характеристики виявлення, але потребують наднизьких температур для роботи. Це ускладнює експлуатацію та збільшує вимоги до обладнання.
Інший тип — лавинні фотодіоди одиночних фотонів (SPAD). Вони можуть працювати за значно простіших температурних умов, зокрема за кімнатної температури, однак їхні характеристики виявлення відрізняються від показників надпровідникових систем.
Для майбутніх квантових мереж важливо не лише підвищувати точність, а й збільшувати кількість каналів, через які детектор може обробляти сигнали. Багатоканальна конструкція потенційно дає змогу працювати з більшою кількістю фотонних сигналів і створювати складніші системи зв’язку.
Що означає результат китайської команди
Створений у SIMIT 100-канальний детектор демонструє один із можливих шляхів до розширення можливостей квантових мереж. Точність понад 90%, отримана під час випробування прототипу, свідчить про перспективність підходу в конкретних експериментальних умовах.
Водночас для оцінювання практичної готовності технології потрібні додаткові дані: зокрема, про швидкість передавання інформації, втрати сигналу, стабільність роботи, енергоспоживання та результати випробувань на більших відстанях. Наведені результати поки не дають змоги стверджувати, що пристрій уже готовий до широкого комерційного використання.
Якщо технологію вдасться масштабувати, багатоканальні детектори можуть стати одним із компонентів майбутньої квантової інфраструктури — від захищеного передавання інформації до систем, що використовують квантову заплутаність. Проте створення повноцінного квантового інтернету залежатиме не від одного детектора, а від узгодженої роботи багатьох компонентів мережі.