Лазер допоможе стабілізувати фотони для квантових комп’ютерів

Дослідники з Університету Айови запропонували новий теоретичний метод «очищення» фотонів, що дозволить підвищити надійність та безпеку квантових технологій.

У фокусі роботи — проблема створення стабільного потоку одиничних фотонів, що є основою для фотонних квантових комп’ютерів і безпечних комунікаційних систем. Фотон — це «елементарна частинка світла», а його контрольоване випромінювання має бути виключно одиничним. Проте досі ця мета ускладнювалася двома фізичними явищами: лазерним розсіюванням та мультифотонним випромінюванням.

Лазерне розсіювання виникає, коли лазер, спрямований на атом, провокує випромінювання зайвих фотонів. Це, за аналогією з електронікою, створює ефект «зайвого струму», що порушує роботу оптичної схеми. Інша проблема — рідкісні, але критичні ситуації, коли один атом випромінює більше ніж один фотон.

Головне відкриття полягає у виявленні майже повної подібності між спектром хвиль і формою хвилі «зайвих» фотонів та самою лазерною хвилею. Як зазначив аспірант Метью Нельсон, це дає змогу використати один шум для знищення іншого. “Ми показали, що лазерне розсіювання, яке зазвичай вважається перешкодою, можна використати для нейтралізації небажаного мультифотонного випромінювання”, — стверджує професор Равітей Аппу.

Ключ до цього — точне налаштування параметрів лазера: кут падіння, форма променя, спектральна ширина. При оптимізації цих параметрів стає можливим створення «чистого» потоку одиничних фотонів. “Це потік, який фактично дуже чистий”, — підкреслює Аппу, наголошуючи на практичній значущості дослідження.

Фотонна обчислювальна техніка, що базується на світлі, обіцяє більшу швидкість і ефективність порівняно з традиційною електронікою. Завдяки описаній моделі вдається подолати два критичні бар’єри на шляху до впровадження масштабованих квантових систем. Автори зазначають, що наступним кроком стане експериментальне підтвердження теоретичних висновків.