Мы очень часто рассказывали об уникальном явлении квантовой запутанности, благодаря которому запутанные частицы синхронизируют свое квантовое состояние, даже если они находятся в противоположных уголках на краю Вселенной. Связь квантовой запутанности настолько тонка и хрупка, что любая, даже самая деликатная попытка перехвата передаваемой информации становится явной и нарушает всю процедуру обмена. Но, для того, чтобы иметь возможность использовать на практике все преимущества квантовых коммуникаций и квантовой криптографии требуется некое устройство,способное генерировать непрерывный поток запутанных фотонов, потребляющее при этом незначительное количество энергии и имеющее габаритные размеры, которые позволят встраивать такие устройства на кристаллы современных чипов.
Все генераторы запутанных фотонов, созданные до последнего времени, имеют достаточно большие габариты. Самые маленькие из них имеют размеры в несколько миллиметров, что в тысячи раз больше того, что необходимо согласно техническим требованиям для встраивания в структуру кристаллов современных полупроводниковых чипов. Кроме этого, такие оптоэлектронные компоненты отличаются достаточно высоким уровнем потребления энергии, что делает их непрактичными для использования в портативной электронике с батарейным питанием, в частности, в мобильных телефонах.
Но группе исследователей из университета Павии (University of Pavia), Италия, удалось решить большую часть описанных выше проблем, создав устройство, которое производит непрерывный поток запутанных фотонов, а его размеры достаточно невелики для того, чтобы его можно было интегрировать в структуру чипов. Ключевым компонентом этого устройства является так называемый кольцевой микрорезонатор, кольцо из специального материала, диаметром 20 микрометров, шириной 500 нанометров и толщиной 220 нанометров, которое создается в кремниевой подложке. Луча лазера по оптоволокну подается в кольцо микрорезонатора, где фотоны, двигающиеся по кругу, приобретают свойство квантовой запутанности и покидают пределы устройства в заданном направлении.
"При помощи малых размеров кольца резонатора мы создаем область пространства, в котором совмещаются фотоны и материя, при этом, условная "плотность" фотонов имеет высокое значение" - рассказывает Даниэле Байони (Daniele Bajoni), ученый-физик из университета Павии, - "Достаточно длительное пребывание фотонов в таком пространстве вызывает взаимодействие между ними, которое приводит к появлению большого количества пар, запутанных на квантовом уровне".
Генератор запутанных фотонов на основе кольцевого микрорезонатора способен производить порядка 10 миллионов пар запутанных фотонов в секунду, требуя при этом, менее милливатта электрической энергии, что в тысячи раз меньше уровня потребления энергии другими подобными устройствами. В качестве источника света используется лазер с длиной волны 1550 нанометров, которая достаточно часто применяется в области телекоммуникаций. А процесс изготовления кольца резонатора и других элементов генератора запутанных фотонов полностью совместим с существующими технологиями производства полупроводниковых приборов и микросхем.
В настоящее время Даниэле Байони и его коллеги уже работают над технологиями интеграции своего устройства в кристаллы полупроводниковых чипов. "Но мы хотим предостеречь потенциальных потребителей. Им еще нескоро доведется увидеть квантовую версию Интернета, через который можно будет посылать зашифрованные сообщения, не опасаясь за их безопасность" - пишут исследователи, - "Более вероятно, что первыми областями, в которых начнет применяться наша технология, станут технологии безопасного обмена информацией между двумя точками. Представьте себе некие квантовые банкоматы, с которыми клиенты будут работать при помощи квантовых криптографических ключей, квантовые торговые аппараты и другие системы квантовой связи типа "клиент-банк"".
Первоисточник
Подпишись: