Рассеянный свет способен очищать квантовые системы, а не разрушать их. Применяемая методика позволяет получать гораздо более чистые потоки одиночных фотонов, что критически важно для эффективной работы квантовых компьютеров и надежной зашифрованной связи.
Специалисты из Университета Айовы предложили новый метод очистки фотонов, что способствует повышению надежности и безопасности оптических квантовых технологий. Улучшив процесс генерации одиночных частиц света, ученые стремятся устранить основные ограничения современных квантовых систем, отмечает ScienceDaily.
Основная задача заключалась в преодолении двух ключевых проблем, возникающих при создании стабильного потока одиночных фотонов, необходимого для функционирования фотонных квантовых компьютеров и защищенных сетевых коммуникаций. Первая трудность связана с эффектом лазерного рассеяния. При взаимодействии лазера с атомом, который должен стимулировать выброс фотона, возникают нежелательные фотоны, ухудшающие качество передачи, аналогично случайным электрическим шумам в обычных цепях. Вторая проблема связана с непредсказуемым поведением атома, который иногда выбрасывает несколько фотонов одновременно, нарушая строгую последовательность, необходимую для выполнения квантовых операций.
В ходе нового исследования физики обнаружили неожиданные взаимосвязи между двумя проблемами. Эксперимент показал, что спектральные характеристики и формы волн множества фотонов почти идентичны характеристикам исходного лазерного излучения. Таким образом, исследовательская группа пришла к выводу, что правильная синхронизация сигналов может привести к эффекту взаимной компенсации. Рассеянное лазерное излучение, ранее считавшееся источником помех, теперь может стать эффективным инструментом подавления нежелательных фотонов.
Создание надежных каналов передачи одиночных фотонов играет ключевую роль в развитии квантовых вычислительных платформ. Современные классические системы применяют электрические сигналы в виде битов, в то время как квантовые устройства основаны на кубитах, которыми часто выступают именно фотоны. Предполагается, что фотонные технологии займут центральное место в эволюции квантовых вычислений. Ключевым условием успеха становится создание чистого, управляемого и стабильно воспроизводимого потока одиночных фотонов.
Организованный поток фотонов проще контролировать и масштабировать, что обеспечивает повышенный уровень защиты. Ученые проводят аналогию с организацией движения учащихся в школьном буфете: последовательное прохождение каждого ученика облегчает управление процессом и предотвращает хаос. То же самое касается фотонов: четкая линейная последовательность снижает риски перехвата или несанкционированного доступа к передаваемым данным.
Теоретическое моделирование подтвердило возможность одновременно устранить оба препятствия, мешающие развитию высокоскоростных фотонных устройств. Подтверждение теории в ходе дальнейших экспериментов могло бы привести к значительному прогрессу в разработке перспективных квантовых компьютеров и высокоэффективных систем связи.
Тем временем в России была разработана методика улучшения нанобиосенсоров.
Фото: hi-tech.mail.ru