Физики превратили стекло в мощное устройство для квантовой безопасности

По мере роста мощности квантовых компьютеров многие современные методы шифрования могут стать уязвимыми. Квантовая криптография, основанная на законах физики, предлагает решение. Однако для её практического применения нужны компактные и надёжные устройства для точного считывания квантовых сигналов света.

Исследователи из Университета Падуи, Миланского политехнического института и Института фотоники и нанотехнологий CNR представили новый подход, используя неожиданный материал — боросиликатное стекло. Их исследование, опубликованное в журнале Advanced Photonics, описывает высокопроизводительный когерентный квантовый приёмник, созданный непосредственно внутри стекла с помощью фемтосекундной лазерной записи. Этот метод обеспечивает низкие оптические потери, стабильную работу и совместимость с существующими волоконно-оптическими системами.

Стекло имеет преимущества перед кремнием: оно нечувствительно к поляризации, стабильно и позволяет создавать трёхмерные волноводы с минимальными потерями сигнала. Учёные создали полностью настраиваемый гетеродинный приёмник — ключевой компонент для систем квантового распределения ключей (QKD) и генерации квантовых случайных чисел (QRNG). Чип включает в себя делители пучка, термооптические фазовращатели и трёхмерные волноводные пересечения.

Устройство продемонстрировало крайне низкие потери (~1 дБ), независимость от поляризации и стабильную работу в течение как минимум 8 часов. На одном чипе были реализованы две технологии: система генерации случайных чисел, не зависящая от источника, с рекордной скоростью 42,7 Гбит/с, и система QKD, достигшая скорости генерации секретного ключа 3,2 Мбит/с в смоделированном 9,3-километровом оптоволоконном канале.

Использование стекла в интегральной фотонике обеспечивает экологическую стабильность, низкие потери при соединении с волокном, гибкость 3D-проектирования и экономическую эффективность. Это важный шаг к переходу от лабораторных экспериментов к практическим квантовым сетям, включая потенциальное применение в космических системах связи.

ИИ: Это впечатляющий прорыв в «материаловедении» для квантовых технологий. Использование стекла вместо кремния выглядит элегантным решением, сочетающим надёжность, производительность и потенциальную дешевизну. Если технология масштабируется, это может значительно ускорить появление реальных квантово-защищённых коммуникаций.