Фізики зробили важливий крок до надійнішого квантового зв’язку. Вони навчилися створювати пари фотонів, які приблизно на 90% ідентичні одна одній — а саме така схожість потрібна для складних квантових ефектів.
У звичайному світі два фотони можуть здаватися абсолютно однаковими. Але для квантової технології цього недостатньо. Щоб частинки світла могли взаємодіяти так, як потрібно для квантового зв’язку, їхні властивості мають бути практично нерозрізненними. Саме тут довгий час виникала проблема.
Дослідники з університетів Базеля, Рурського університету та Падерборна використали спеціальну напівпровідникову структуру, щоб отримати пари фотонів із надзвичайно високим рівнем схожості.
Маленька «штучна атомна» система
Ключем до експерименту стала квантова точка — крихітна напівпровідникова структура, яку часто описують як своєрідний штучний атом. Її помістили в спеціальний оптичний резонатор, подібний за принципом до того, що використовується в лазерах.
Усередині квантової точки відбувається процес, відомий як розпад біекситона. У результаті нього виникають частинки світла, які можна використовувати для квантових експериментів. Оптичний резонатор дозволив дослідникам краще контролювати цей процес і прискорити випромінювання світла. У результаті вони отримали фотони, які приблизно на 90% нерозрізненні один від одного.
Чому це настільки важливо?
Для квантового зв’язку потрібні ефекти, які здаються дивними з погляду звичайної фізики. Наприклад, квантова заплутаність або інтерференція фотонів. Але якщо частинки світла надто сильно відрізняються за своїми властивостями, ці ефекти стають нестабільними або взагалі не працюють так, як потрібно.
Тому створення майже ідентичних фотонів — не просто красивий лабораторний результат. Це потенційно важливий крок для систем, у яких інформація передається за допомогою квантових станів світла.
Фотони взагалі вважаються одним із найзручніших носіїв квантової інформації: вони можуть поширюватися на великі відстані й не потребують такого складного керування, як деякі інші квантові системи. Але спочатку їх потрібно навчитися створювати достатньо однаковими.
До квантового інтернету ще далеко
Попри гучність результату, це не означає, що квантовий інтернет уже готовий до запуску. 90% ідентичності — це дуже сильний показник для такого експерименту, але дослідникам ще належить підвищувати стабільність джерела фотонів і інтегрувати подібні системи в складніші квантові мережі. Проте саме такі експерименти поступово вирішують одну з фундаментальних проблем квантової комунікації.
І якщо фізики навчаться стабільно створювати практично нерозрізненні фотони у масштабованих системах, звичайне світло може стати основою зовсім нового типу зв’язку — такого, де закони квантової механіки працюватимуть уже не лише в лабораторії, а й у реальних мережах.