Дослідники продемонстрували високу видимість квантової інтерференції між двома незалежними напівпровідниковими квантовими точками — важливий крок до масштабованих квантових мереж.
Минулорічна Нобелівська премія з фізики відзначила фундаментальний інтерес квантової заплутаності, а також передбачила потенційні застосування у «другій квантовій революції» — новій епосі, коли ми зможемо маніпулювати дивовижністю квантової механіки, включаючи квантову суперпозицію та заплутаність. Масштабна та повністю функціональна квантова мережа є святим Граалем наук про квантову інформацію. Це відкриє новий рубіж фізики з новими можливостями для квантових обчислень, комунікації та метрології.
Однією з найважливіших проблем є збільшення відстані квантового зв’язку до практично корисного масштабу. На відміну від класичних сигналів, які можуть бути безшумно посилені, квантові стани в суперпозиції не можуть бути посилені, оскільки їх неможливо ідеально клонувати. Тому високопродуктивна квантова мережа потребує не лише квантових каналів із наднизькими втратами та квантової пам’яті, а й високопродуктивних квантових джерел світла. Нещодавно відбувся захоплюючий прогрес у супутниковому квантовому зв’язку та квантових ретрансляторах, але відсутність відповідних однофотонних джерел перешкоджає подальшому розвитку.
Що потрібно від однофотонного джерела для додатків квантової мережі? По-перше, він повинен випромінювати один (лише один) фотон за раз. По-друге, для досягнення яскравості однофотонні джерела повинні мати високу ефективність системи та високу частоту повторення. По-третє, для додатків, таких як квантова телепортація, які вимагають втручання в незалежні фотони, окремі фотони повинні бути нерозрізненими. Додаткові вимоги включають масштабовану платформу, регульовану та вузькосмугову ширину лінії (сприятливу для тимчасової синхронізації) та взаємозв’язок із кубітами матерії.
Перспективним джерелом є квантові точки (КТ), напівпровідникові частинки розміром лише кілька нанометрів. Однак за останні два десятиліття видимість квантової інтерференції між незалежними КТ рідко перевищувала класичну межу в 50%, а відстані були обмежені декількома метрами або кілометрами.
Як повідомляється в Розширена фотоніка, міжнародна група дослідників досягла високої видимості квантової інтерференції між двома незалежними квантовими точками, з’єднаними оптичними волокнами довжиною приблизно 300 км. Вони повідомляють про ефективні та нерозрізнені однофотонні джерела з наднизьким рівнем шуму, регульованим однофотонним перетворенням частоти та довговолоконною передачею з низькою дисперсією. Окремі фотони генеруються з резонансно керованих одиночних квантових точок, детерміновано пов’язаних із мікропорожнинами. Квантові перетворення частоти використовуються для усунення неоднорідності КТ і зміщення довжини хвилі випромінювання в телекомунікаційний діапазон. Видимість перешкод становить до 93%. За словами старшого автора Чао-Ян Лу, професора Університету науки і технологій Китаю (USTC), «можливі вдосконалення можуть ще більше збільшити відстань до ~600 км».
Лу зауважує: «Наша робота перескочила з попередніх квантових експериментів на основі КТ у масштабі від ~1 км до 300 км, що на два порядки більше, і, таким чином, відкриває захоплюючу перспективу твердотільних квантових мереж». З цим звітним стрибком світанок твердотільних квантових мереж може незабаром початися ближче до дня.
Довідка: «Квантова інтерференція з незалежними однофотонними джерелами понад 300 км волокна» Сян Ю, Міньянг Чжен, Сі Чен, Рун-Зе Лю, Цзянь Цінь, Мо-Чі Сю, Чжен-Сюан Ге, Тун-Хсун Чунг, Ю -Кун Цяо, Ян-Фан Цзян, Хан-Сен Чжун, Мін-Чен Чен, Хуей Ван, Ю-Мін Хе, Сю-Пінг Се, Хао Лі, Лі-Сін Ю III, Крістіан Шнайдер, Хуан Інь, Тен-Юнь Чень, Мохамед Бенюсеф, Йон-Хен Хо, Свен Хефлінг, Цян Чжан, Чао-Ян Лу та Цзянь-Вей Пан, 27 грудня 2022 р., Розширена фотоніка.
DOI: 10.1117/1.AP.4.6.066003
