Ученые открыли путь к созданию квантовых коммуникационных систем с нелинейной оптикой

Передаче квантовой информации по сетям способствует протокол квантовой телепортации. В нем используется феномен квантовой запутанности, при котором два квантовых объекта, как правило, отдельные фотоны, влияют друг на друга, даже если между ними нет видимой физической связи. Преимущество этой процедуры в том, что влияние внешних шумов и несовершенств канала связи значительно ослабевает, https://www.eurekalert.org/news-releases/1081675 EurekAlert.

Однако два фактора ограничивают производительность квантовой телепортации. Во-первых, использование стандартных линейных оптических компонентов привносит в передачу данных неотъемлемую неоднозначность. Во-вторых, запутанные фотоны создаются с помощью несовершенного процесса, подверженного ошибкам и избыточным помехам.

В частности, источники запутанности часто производят более одной пары фотонов одновременно, что не позволяет понять, действительно ли два фотона, используемых в телепортации, запутаны.

Нелинейная оптика может нейтрализовать вредное воздействие шумов. Компоненты этой технологии объединяют фотоны разных частот и создают на их основе новые фотоны на новых частотах. В частности, для квантовой телепортации используется процесс генерации суммарной частоты (SFG), в котором частоты двух фотонов складываются, образуя новый фотон. Однако два исходных два фотона должны иметь определенные начальные частоты, иначе ничего не получится.

Ученым давно известно об этой проблеме, но она не была полностью изучена из-за низкой вероятности успешной генерации суммарной частоты. Лучший результат, которого удавалось достичь в прошлом, — это 1 из 100 миллионов. Новое достижение повышает эффективность преобразования в 10 000 раз, до 1 из 10 000.

«Наша нелинейная система передает квантовую информацию с точностью 94% по сравнению с теоретическим пределом в 33% для систем, использующих линейные оптические компоненты, — сказал Кэджи Фанг, профессор Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и руководитель проекта. — Это само по себе демонстрирует мощь квантовой связи с нелинейной оптикой. Большая проблема, которую предстоит решить, — это эффективность. Используя нанофотонную платформу, мы отметили достаточное увеличение эффективности, доказывающее, что технология является перспективной».

Ученые из Австрии и Британии https://hightech.plus/2025/02/11/sozdan-novii-kvantovii-regi... недавно новый тип кубита, основанного на квантовых точках. Они создали коллективное квантовое состояние, которое можно использовать в качестве квантового регистра для хранения и передачи информации в сетях квантовой связи будущего.