Российские физики создали волоконный источник бифотонов с рекордной степенью корреляции

Коллектив ученых из Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева — КАИ (КНИТУ-КАИ), Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН), МГУ им. М.В. Ломоносова, Российского квантового центра и НИТУ МИСИС представил результаты исследования в области генерации квантовых состояний света. В своей работе авторы описали 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. Важным параметром, определяющим их пригодность для различных приложений в области квантовых технологий, включая квантовые вычисления, квантовую криптографию и квантовые сенсоры, является степень их связи, корреляции — насколько точно согласованно ведут себя фотоны в паре. При этом их согласованность может выражаться в различных физических величинах: в единицах времени, в длине волны излучения, в поляризации и др.

Авторы разработали и исследовали специальные оптические волокна с периодической поляризацией, обладающие более эффективным нелинейным откликом. По словам ученых, 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 — в диапазоне, критически важном для телекоммуникационных систем.

Экспериментально было продемонстрировано, что значение 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 работ. 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», — рассказал один из авторов работы, доцент кафедры электронных и квантовых средств передачи информации КНИТУ-КАИ, кандидат физико-математических наук Максим Смирнов.

По словам исследователей, 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.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации