В КАИ-Квант выяснили, как создавать больше фотонов с одновременной корреляцией по спектру и нескольким направлениям поляризации
Ученые Казанского квантового центра КНИТУ-КАИ разработали новый метод генерации квантовых состояний света с гибридной и одновременно многомерной квантовой запутанностью. Описание метода и результаты исследования ученые опубликовали в свежем номере журнала «Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики» («Письма в ЖЭТФ») – одного из старейших и наиболее авторитетных советских и российских научных журналов по физике.
Напомним, в 2024 году та же группа ученых Казанского квантового центра («КАИ-Квант») представила метод генерации бифотонов с рекордной шириной спектра, обладающего фундаментальной внутренней связанностью, которая, в свою очередь, основана на явлении квантовой запутанности.
Результатом представленного в 2025 году исследования стал метод, выводящий эту связь на новый уровень. Полученный казанцами способ устанавливает корреляцию между фотонами не только по спектру (видимому или инфракрасному диапазону), но и по поляризации (направлению колебаний света) одновременно. Более того, речь идет о корреляции сразу по нескольким направлением поляризации, что является существенной отличительной особенностью метода относительно ранее известных способов генерации бифотонов. Получаемый таким методом мультифункциональный «запутанный» свет – это важный ресурс для квантовых вычислений, шифровании информации, а также фундаментальных исследований в квантовой оптике.
«В основе этого подхода лежит применение специальных оптических волокон, внутри которых можно напрямую создавать особые типы фотонных состояний – использующих ресурсы поляризации и частоты света сразу как двух важнейших физических характеристик», – поясняет научный сотрудник КАИ-Квант, доцент кафедры электронных и квантовых средств передачи информации КНИТУ-КАИ Максим Смирнов.
Для наглядности ученый предложил представить нить волокна, в которой одновременно создается множество пар фотонов, связанных между собой в особом «запутанном» квантовом состоянии. Запутаны эти фотоны, или частицы света, могут быть крайне сложно по нескольким физическим характеристикам. Особенность нового подхода заключается в увеличении количества состояний, в рамках которых могут существовать (быть запутаны) создаваемые фотоны, а также в возможности управлять такими состояниями. Достичь этого исследователям удалось за счет регуляции поляризационных свойств и выравнивания амплитуды спектральных мод, то есть за счет «балансировки» всех создаваемых световых мод.
«Цель достигается без существенного снижения скорости генерации, что очень важно для практического применения. Благодаря этому технологии, основанные на таком квантовом источнике света, могут стать быстрее и эффективнее, – уточнил Максим Смирнов, - в частности, в области оптических квантовых коммуникаций, квантовых вычислений, повышения безопасности связи, прецизионных измерений и фундаментальных исследований».