Новый квантовый чип генерирует все четыре состояния запутанности Белла

Швейцарские исследователи представили программируемый фотонный чип, способный генерировать все четыре состояния Белла — основные типы квантовой запутанности. По мнению экспертов, это достижение является важным шагом на пути к масштабируемым и практичным сетям квантовой связи, которые являются основой будущего квантового Интернета.

Уникальность комплекса заключается в его полностью монолитной архитектуре. В миниатюрный чип, построенный на платформе из тонкопленочного ниобата лития на изоляторе, ученые интегрировали два ключевых компонента: источник запутанных пар фотонов высокой яркости и программируемые интерферометрические элементы для управления этими состояниями. Такая интеграция устраняет необходимость в сложных и громоздких внешних оптических системах, пишет Nature.

Запутанные частицы генерируются в специальных периодически поляризованных волноводах длиной 1,5 мм. При накачке непрерывным лазером с длиной волны 775 нм в них происходит нелинейный оптический процесс, в результате которого образуются запутанные пары фотонов с длиной волны 1550 нм. Это делает технологию совместимой с существующей оптической инфраструктурой.

Устройство демонстрирует точность состояния Белла более 90% для всех четырех максимально запутанных состояний. Наибольшее значение точности составило 93,1% для одного из штатов. Практически идеальная видимость двухфотонной интерференции (99,0±0,7 %) подтвердила исключительную идентичность фотонов, что является прямым свидетельством их качественной перепутанности.

Выбор материала – важный фактор успеха. Ниобат лития обладает исключительными нелинейными оптическими свойствами, необходимыми для эффективной генерации фотонов, а также обеспечивает сверхбыстрое электрооптическое управление. Эта платформа эффективно объединяет функции генерации, обработки и управления квантовыми состояниями.

С практической точки зрения исследование решает проблему масштабируемости квантовых систем.. Вместо создания специализированного оборудования для каждого отдельного квантового протокола универсальный чип можно гибко адаптировать под разные задачи. Возможно, в ближайшие годы эти решения появятся в реальных торговых системах.