Ученые из Университета ИТМО, Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе и Австралийского национального университета разработали методику, которая позволит проектировать более производительные и компактные устройства для генерации пар запутанных фотонов и поспособствует дальнейшему развитию квантовых устройств и защищенных систем коммуникации. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.
Увеличить количество запутанных фотонов в десятки раз можно, как выяснили исследователи, пропуская свет через особую нанорешетку, состоящую из металлических слоев. Квантовая запутанность усиливается за счет сильного электрического поля, возникающего в нанорешетке. Ранее рассчитать подобный эксперимент было невозможно, поэтому теоретический метод открывает новые возможности в проектировании целого спектра квантовых устройств — компонентов оптических компьютеров и защищенных систем связи.
В основе вычислений лежит функция, которая уже полвека используется в физике, но совсем для других задач — она известна как функция Грина. Логика нового подхода к генерации запутанных частиц такова, что сначала фотоны превращают в запутанные плазмоны, а затем, сохраняя их запутанность, обратно в фотоны. Волна, состоящая из плазмонов, возбуждается в нанорешетке на границе металла и диэлектрика, когда на них попадает пучок света. При этом между слоями металла и диэлектрика возникает настолько плотное электрическое поле, что нелинейные процессы усиливаются в десятки раз. Это поле способствует генерации большего числа запутанных частиц, плазмонов, которые несложно снова превратить в фотоны известными науке методами. Таким образом, за счет нового подхода можно многократно увеличить выход запутанных фотонов и уместить квантовое устройство на чипе.
«Мы предлагаем объединить достоинства двух уже существующих подходов, то есть совместить лазеры и метаматериалы в рамках оптического наночипа. Такие устройства потенциально могут быть компактными и работать при обычных температурах. Их яркость можно обеспечить, усилив сигнал плазмонами», — сказал Александр Поддубный, первый автор статьи и исследователь Лаборатории метаматериалов Университета ИТМО.
