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.