Фотонная пушка: Двойные заряды
Квантовые компьютеры обещают нам настолько высокую производительность вычислительных систем, что работы над ними кипят вовсю — несмотря на то, что сложность таких устройств находится пока за пределами наших возможностей. Созданы лишь отдельные компоненты и прототипы. Однако награда столь велика, что интерес к подобным системам лишь подогревается. Помимо прочего, обещаются принципиально, абсолютно невзламываемые решения для криптографии.
Работать эти компьютеры будут, манипулируя для кодирования и передачи информации не электронами, а фотонами. В связи с этим встает необходимость разработки простой, компактной и надежной «фотонной пушки», устройства, способного строго контролируемо выдавать в систему отдельные фотоны нужных характеристик (существующие лазеры испускают их лишь порциями). Созданием фотонных пушек занимается не одна группа исследователей, но их результаты пока отнюдь не идеальны.
Новое предложение прозвучало недавно от немецких физиков, которые обещают получить едва ли не «фотонную суперпушку»: масштабируемую, удобную и эффективную, способную генерировать фотоны с широким диапазоном характеристик.
Устройство представляет собой плоский округлый кристалл ниобата лития, который облучается 582-нанометровым лазером. Ниобат лития обладает способностью превращать отдельные фотоны в пары фотонов, так что когда фотон лазерного излучения путешествует сквозь его кристалл, он либо покидает его неизменным, либо конвертируется в пару спутанных фотонов с длиной волны около 1060 нм.
При этом их длины волн не точно равны этой величине, так что все три вида исходящих фотонов возможно достаточно легко отделить друг от друга. 582-нанометровые система игнорирует, а из двух оставшихся один используется для передачи информации, а второй используется «на месте» для подтверждения факта передачи.
Среди достоинств такой системы, прежде всего, называется способность генерировать фотоны именно парами: обнаружение второго фотона служит надежным свидетельством тому, что первый действительно был отправлен. Кроме того, «пушка» обнаруживает впечатляющее быстродействие — она способна генерировать порядка 10 млн фотонных пар в секунду, что на несколько порядков выше существующих аналогов.
И наконец, изменение температуры кристалла ниобата, приводящее к изменению параметров его решетки, позволяет контролировать длины волн испускаемых им фотонов в пределах 100-нанометрового диапазона.
По публикации MIT Technology Review / Physics arXiv Blog