Группа физиков из Российского квантового центра (РКЦ) под руководством профессора Александра Львовского изобрела способ восстановления квантовой запутанности — феномена, потенциально представляющей большую ценность в создании новых технологий связи. В работе принимали участие также специалисты в области квантовой физики из университета Квинсленда (Австрали). Об исследовании сообщается в пресс-релизе, предоставленном РКЦ.
Квантовой запутанностью называют такое явление, при котором соединяются — «спутываются» — состояния двух или нескольких квантовых объектов, представленных атомами, фотонами или ионами. В практическом применении на основе этой связи разрабатываются безопасные каналы связи с очень высокой степенью защиты от прослушивания. Но у этой технологии имеется один существенный недостаток — квантовая запутанность очень нестабильна и легко нарушается по мере накопления помех. Современные экспериментальные каналы связи на основе квантовой запутанности предполагают расстояние между коммуникантами не превышающем 100 км. Выход за пределы таких ограничений ищут многие научные центры мира.
В ходе своего эксперимента российские ученые использовали модель запутанных фотонов, источником которых выступил кристалл титанил-фосфата калия. Этот минерал облучали очень короткими импульсами света, который производил титаново-сапфировый лазер. Благодаря физическим свойствам материалов в процессе их взаимодействия появлялись запутанные пары фотонов. Экспериментальная установка, созданная исследователями, направляла эти потоки в два разных оптических канала. Один из них был спроектирован таким образом, что сигнал в нем ослаблялся в 20 раз — практически до полного затухания. Так ученые имитировали процесс естественных потерь мощности сигнала при передаче их по оптико-волоконному каналу.
Затем исследователи восстановили квантовые свойства света в этом канале практически до начального уровня. В этом им помог эффект т.н. квантового катализа, обнаруженный профессором Львовским и его коллегами еще в 2002 году. Ученые соединили световой импульс в оптическом канале с одиночным фотоном на особом частично прозрачном зеркале, называемом светоделительной пластиной. Благодаря особенностям процесса квантовой интерференции в канале произошло усиление свойств потока света.
Как объясняют авторы исследования, при этом дополнительный фотон подобно химическому катализатору не вступал в реакцию, но усиливал имеющийся сигнал.
Александр Львовский признается, что поначалу этот эффект восприняли лишь как забавный феномен, каких в квантовой физике немало, и лишь теперь он нашел достойное практическое применение благодаря своей уникальной способности восстанавливать запутанность квантовых состояний.
По словам исследователей, разработка устройства, восстанавливающего потери светового сигнала в сети в будущем позволила бы создать разветвленные сети квантовой передачи данных.
Ранее портал Научная Россия рассказывал о перспективах квантового Интернета будущего.
