Межуниверситетский коллектив ученых из Института общей физики им. А. М. Прохорова РАН (ИОФ РАН), МГУ им. М. В. Ломоносова (МГУ), Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева – КАИ (КНИТУ-КАИ) представил прорывные результаты в области генерации квантовых состояний света. В статье, опубликованной в журнале «Письма в ЖЭТФ», исследователи описывают создание и исследование эффективных оптических волокон, способных генерировать бифотоны с беспрецедентно высокой степенью временной корреляции.
Бифотоны – это две элементарные порции света (фотонная пара), которые тесно связаны друг с другом на квантовом уровне. Они являются ресурсом для развития современных квантовых технологий, включая квантовые вычисления, квантовую криптографию и квантовые сенсоры. Важным параметром, определяющим их пригодность для различных приложений, является степень их связи, другими словами, корреляции, а именно насколько точно фотоны в паре ведут себя согласованно. При этом их согласованность может выражаться в различных физических величинах: во времени, в длине волны излучения, в поляризации и др.
Ученые успешно разработали и исследовали специальные оптические волокна с периодической поляризацией, обладающим более эффективным нелинейным откликом. Наличие такого отклика является определяющим условием для создания бифотонов, а высокая эффективность открывает возможности использовать в устройстве лазерные источники малой мощности. Изготовленные волокна обладают уникальными свойствами, позволяющими им эффективно преобразовывать непрерывное лазерное излучение в пары фотонов с длиной волны около 1540 нм – диапазоне, критически важном для телекоммуникационных систем.
Достижением исследователей является самостоятельное изготовление таких волокон, а также получение в эксперименте бифотонов с высочайшей временной корреляцией. Экспериментально было продемонстрировано, что значение соответствующей кросс-корреляционной функции превышает 10 000. Такая высокая корреляция означает, что фотоны в паре генерируются одновременно и с очень малым уровнем шума, что уменьшает вероятность ошибки при регистрации бифотона, что, в свою очередь, увеличивает достоверность при передаче данных с его помощью.
Мы смогли добиться такого результата благодаря согласованной работе научного коллектива из нескольких научных учреждений, в каждом из которых выполнялась своя часть уникальных работ, — комментирует Максим Смирнов, к. физ.-мат. наук, доцент кафедры электронных и квантовых средств передачи информации КНИТУ-КАИ. — Созданные в ИОФ РАН уникальные периодически-поляризованные оптические волокона позволяют эффективно управлять процессом генерации бифотонов. Ранее подобные состояния света были достижимы только в лабораторных условиях с использованием сложных и зачастую громоздких импульсных лазеров. Теперь же мы имеем потенциал для создания компактных и надежных источников бифотонов на основе оптических волокон, которые могут возбуждаться доступными непрерывными лазерами.
Разработанная технология открывает новые перспективы для создания компактных и масштабируемых квантовых источников, которые могут найти применение в квантовых технологиях, включая квантовые вычисления и квантовые коммуникации. Исследования были поддержаны Российского научного фонда (грант #25-12-00352, https://rscf.ru/project/25-12-00352/)
Источник: Минобрнауки России
