Исследователи лаборатории армии США и Объединенного квантового института создали нетронутый квантовый источник света, который потенциально можно использовать для более качественной и безопасной связи для солдат. Эта разработка описана в исследовании «Топологический источник квантового света» в журнале Nature.

Фотоны можно использовать в нескольких областях, но лучше всего там, где нужен перенос квантовой информации, которую могут перехватить. По мнению исследователей, одна из основных частей научной задачи заключается в том, что фотоны должны быть нетронутыми и как можно более похожими, чтобы обеспечить безопасную связь.

Исследовательская группа разработала кремниевый чип, который направляет свет вокруг края устройства, где он защищен от сбоев. «Квантовые источники, такие как тот, который продемонстрирован в наших исследованиях, являются проверенной технологией для интегрированных масштабируемых квантовых сетей на основе фотоники и квантовых информационных систем, которые требуют неразличимых фотонов», — отмечается в тексте.

Исследователи использовали кремний для преобразования инфракрасного лазерного света в пары разноцветных одиночных фотонов. «Мы вводили свет в чип, содержащий массив мизерных кремниевых петель, и свет циркулировал вокруг каждой петли тысячи раз, прежде чем перейти к соседней петле», — объяснили они устройство разработки. По их словам, проблема с прохождением света заключается в том, что небольшие различия и дефекты в материале снижают качество фотонов.

Чтобы решить эту проблему, команда переставила петли таким образом, чтобы свет мог беспрепятственно перемещаться по краю чипа, защищая свет от сбоев. «Эта так называемая топологическая защита использует геометрию системы, а не локальные свойства материала, чтобы направлять свет», — отмечают исследователи. «Относительно новая область топологической фотоники на сегодняшний день сосредоточена на классических, а не квантовых полях. Наша работа делает шаг вперед, демонстрируя генерацию квантового света в топологически защищенном режиме».

Дополнительным преимуществом разработанного кремниевого чипа является то, что он работает при комнатной температуре в отличие от других квантовых источников света, которые необходимо охладить.

Что касается дальнейших шагов по введению этого устройства в использование, то команда планирует улучшить источник с помощью волноводов с менее нежелательным поглощением и продолжат изучение квантовых свойств их топологической фотонной системы.

Источник: hightech.fm