Група вчених розробила оптичну установку для відправки квантового світла через волокно локалізації Андерсона з фазовим поділом. Експериментальна демонстрація показала, що пов’язаний стан фотонів зберігається в процесі передачі. Технологія після масштабування знайде застосування у квантових комунікаціях і розподілі квантових ключів.
Схематична ілюстрація експерименту. Зображення: Alexander Demuth et al., Communications Physics
В експерименті, проведеному фізиками, спеціальне оптичне волокно з фазовим поділом з’єднує передавач і приймач. В якості першого виступає квантове джерело світла. Воно генерує квантово-корельовані пари фотонів за допомогою спонтанного параметричного перетворення в нелінійному кристалі.
У процесі генерації один фотон високої енергії перетворюється на пари фотонів, кожен з яких має меншу енергію. Довжина хвилі такої пари становить 810 нм.
В якості приймача фізики використовували матричну камеру з однофотонним лавинним діодом (SPAD). Така камера, на відміну від звичайних CMOS-камер, настільки чутлива, що може виявляти поодинокі фотони з надзвичайно низьким рівнем шуму, пояснюють вчені. Крім того, у неї дуже великий тимчасовий дозвіл, так що час «прибуття» одиночних фотонів відомо з високою точністю.
Оптоволокно з фазовим поділом: структура волокна (а), схема поширення світла в ідеальному (b) і реальному (C) волокні. У другому випадку світло частково розсіюється, перескакуючи між локалізованими модами. Зображення: Alexander Demuth et al., Communications Physics
У процесі експерименту масив SPAD виявив і ідентифікував пари фотонів, які приходять в один і той же час (збігаються). Оскільки пари квантово корельовані, знання того, де виявлено один з двох фотонів, говорить про розташування іншого фотона. Команда перевірила цю кореляцію до і після відправки квантового світла, успішно показавши, що просторова антикореляція фотонів дійсно зберігається.
Дослідники продовжують працювати над вдосконаленням технології. Зокрема вони планують створити оптичне волокно, в якому будуть зведені до мінімуму ефекти загасання, що збільшить дальність передачі пов’язаних даних.
На відміну від звичайних одномодових оптичних волокон, в яких дані передаються через одну серцевину, волокно з фазовим поділом (PSF) або волокно для локалізації Андерсона з фазовим поділом складається з безлічі скляних ниток, вбудованих в скляну матрицю з двома різними показниками заломлення. Оскільки в матеріалі є два показники заломлення, це створює бічний розлад, що призводить до поперечної (двовимірної) андерсенівської локалізації світла в матеріалі.