Команда учёных из Университета науки и технологий Китая (USTC) совершила важное открытие: они разработали источник одиночных фотонов с рекордной эффективностью, превышающей критический порог, необходимый для масштабируемых квантовых вычислений. Исследование, проведённое под руководством профессоров Пана Цзяньвэя, Лу Чаояна и Ху Юнхэна, стало шагом к преодолению давней проблемы в оптической квантовой технологии.
Фотоны — частицы света — идеальны для передачи квантовой информации: они быстрые и устойчивы к внешним помехам. Однако для создания работающих квантовых компьютеров на их основе нужно решить две задачи: минимизировать потери фотонов и добиться, чтобы источник выдавал их с эффективностью выше 2/3 (или 66,7%). До сих пор ни одна разработка не могла перешагнуть этот барьер, что тормозило прогресс в этой области.
Чтобы добиться успеха, учёные создали новую технологию — настраиваемую открытую оптическую микрополость. Она позволяет точно соединять квантовые точки (крошечные источники света) с микрополостью, подстраивая их частоту и положение. Это решает проблему старых фиксированных микрополостей, которые часто «расстраивались». Кроме того, команда применила специально сформированные лазерные импульсы для воздействия на квантовую точку с высокой эффективностью, что значительно улучшило работу источника.
Результаты впечатляют: чистота одиночных фотонов достигла 98%, их неразличимость — 98,5%, а общая эффективность системы составила 71,2%, впервые превысив порог 2/3. Эффективность извлечения фотонов достигла 80,6%. С помощью этого источника учёные зафиксировали сжатие интенсивности на 1,89 дБ и зарегистрировали события с 40 последовательными фотонами с частотой 1,67 мГц.
Это означает, что новый источник может компенсировать потери фотонов в квантовых вычислениях, приближая учёных к созданию идеального источника одиночных фотонов.