Испытано оптоволокно для передачи квантовой информации

Оптическое стекловолокно с низкими потерями было изобретено в 1970 году в компании Corning и стало лучшим способом надежной передачи информации на дальние расстояния. Однако из-за возрастающего в геометрической прогрессии объема информации эта технология приближается к лимиту своих возможностей. Международная команда физиков провела первый в своем роде эксперимент, заставив двухфотонные квантовые состояния света перемещаться по оптоволокну.

В конце 50-х физик-теоретик Филип Андерсон выдвинул предположение, ставшее впоследствии известным как переход Андерсона и принесшее ему Нобелевскую премию. Он предсказал, при каких условиях электрон в неупорядоченной системе может либо свободно перемещаться через систему целиком, либо быть привязанным к определенной точке как «локализованный электрон». Примером такой неупорядоченной системы может быть полупроводник с примесями.

Позже тот же теоретический подход был применен к различным неупорядоченным системам. Было установлено, что и свет может быть подвержен переходу Андерсона. Прошлые эксперименты показывали действие этого явления в оптоволокне, когда свет изолирован или локализован в двух измерениях и распространяется в третьем. Но хотя эти эксперименты в условиях классического света завершились успехом, до сих пор никто не тестировал подобные системы с квантовым светом — состоящим из квантовых коррелированных состояний.

Волокна с фазовым разделением, в отличие от обычных одномодовых оптических волокон, состоят из множества стеклянных нитей, встроенных в стеклянную матрицу двух различных коэффициентов преломления. Возникающая латеральная неупорядоченность приводит к поперечной андерсоновой локализации света в этом материале.

Команда ученых из Европы разработала оптоволокно, способное передавать множество оптических пучков через одну нить с помощью перехода Андерсона. В отличие от многоволоконного кабеля этот хорошо подходит для подобных экспериментов, поскольку параллельные оптические лучи движутся по волокну с минимальным интервалом.

Сам эксперимент состоял в том, чтобы передать квантовую информацию через оптическое волокно с разделением фаз, от передатчика к приемнику, пишет EurekAlert. Передатчиком выступал источник квантового света, генерирующий коррелированные фотонные пары путем спонтанного параметрического преобразования в нелинейном кристалле, когда один высокоэнергетический фотон превращается в пару фотонов с более низкой энергией. Длины волны низкоэнергетической пары фотонов составляла 810 нм. Из-за сохранения импульса пространственная антикорреляция возрастала.

Приемником выступала камера с однофотонными лавинными диодами. Она способна не только установить наличие пары фотонов, но и идентифицировать их как пару, поскольку они появляются одновременно. Таким образом, ученые смогли подтвердить корреляцию перед и после отправки квантового света через волокно, и доказали, что пространственная антикорреляция фотонов действительно сохраняется.

Результат исследования свидетельствует, что этот подход можно применять для серийного производства устройств квантовой коммуникации или создания изображений, особенно в сфере эндоскопии, распределении запутанности и квантовых ключей.

Источник:

ХайТек+