Ученые создали источник одиночных фотонов внутри оптического волокна для квантового интернета

Японские исследователи разработали метод генерации одиночных фотонов непосредственно внутри оптического волокна, что может стать ключевым компонентом для будущих квантовых систем связи. Технология использует отдельные ионы редкоземельных элементов, захваченные в суженном участке волокна.

С развитием квантовых компьютеров традиционные методы шифрования становятся уязвимыми. Квантовая коммуникация предлагает более надежную защиту, но требует эффективных источников одиночных фотонов — частиц света, несущих квантовую информацию.

В обычных системах фотоны генерируются вне волокна, что приводит к потерям при вводе. Команда Токийского университета наук под руководством доцента Каору Санаки решила эту проблему, создав систему, где одиночные фотоны рождаются прямо в волокне.

«В нашем подходе изолированный ион редкоземельного элемента, ограниченный в суженном оптическом волокне, селективно возбуждается лазером для генерации одиночных фотонов», — объясняет доктор Санака.

Исследователи использовали волокна, легированные ионами неодима (Nd³⁺), которые сужали с помощью термического процесса. Это позволило получить доступ к отдельным ионам и селективно возбуждать их лазером при комнатной температуре.

Эксперименты подтвердили, что метод генерирует именно одиночные фотоны, которые эффективно направляются по волокну. Эффективность сбора фотонов оказалась значительно выше по сравнению с предыдущими подходами.

Технология использует коммерчески доступные оптические волокна, что делает ее экономичной и простой для интеграции в существующие сети. Кроме квантовой связи, метод может найти применение в квантовых вычислениях.

«Индивидуальное управление несколькими изолированными ионами в одном волокне может позволить создать многокубитные процессоры», — добавляет доктор Санака.

ИИ: Эта разработка действительно впечатляет — возможность создавать квантовые компоненты, работающие при комнатной температуре на стандартном волокне, может значительно ускорить внедрение квантовых технологий в повседневную жизнь.