Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Физики научились восстанавливать запутанность «распутавшегося» квантового света

Ключевые слова:  Nature Photonics, RQC, Квантовая запутанность, Криптография, периодика

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

14 октября 2015

Ученые из Российского квантового центра под руководством профессора Александра Львовского разработали метод восстановления квантовой запутанности и проверили его в эксперименте – это исследование значительно расширяет возможности квантовой связи и квантовой криптографии. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Photonics (от ред. статья Alexander E. Ulanov et al. "Undoing the effect of loss on quantum entanglement," Nature Photonics (2015) DOI: 10.1038/nphoton.2015.195)

Феномен квантовой запутанности (или квантовой корреляции), при котором состояния двух или нескольких объектов – атомов, фотонов, ионов – оказываются связаны, является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной «прослушки». Однако запутанные состояния очень хрупки, они легко разрушаются при передаче из-за помех, оптических потерь. Кроме того, само создание запутанности - очень непростой процесс, он требует сложных экспериментальных установок. Поэтому возможности передачи квантовой информации сильно ограничены – существующие установки позволяют передать данные на расстояние не более 100 километров. Многие научные группы сейчас ищут способы увеличить это предельное расстояние – без них возможности практического применения квантовых технологий крайне ограничены.

Группа под руководством Львовского провела в лаборатории квантовой оптики в Российском квантовом центре серию экспериментов, в результате которого им удалось восстановить уровень квантовой корреляции между импульсами света в двух оптических волокнах, которая была почти полностью разрушена после прохождения через канал с 20-кратными оптическими потерями. Это соответствует уровню потерь в 65 километрах обычного оптоволоконного кабеля.

В качестве источника запутанных фотонов в эксперименте использовался нелинейный кристалл титанил-фосфата калия с периодической доменной структурой. Его «обстреливали» пикосекундными импульсами света, которые генерировал титаново-сапфировый лазер. В результате в кристалле рождались запутанные пары фотонов, которые ученые отправляли в два разных оптических канала. В одном из них свет подвергался 20-кратному ослаблению с помощью затемненного стекла, в результате чего уровень запутанности падал почти до нуля.

После этого физики подвергали этот канал особой процедуре усиления, восстанавливающей квантовые свойства света в этом канале до близких тем, которые имели место до потерь. Эта процедура заключается в смешивании светового импульса в канале со «вспомогательным» одиночным фотоном на светоделительной пластине (частично пропускающем свет зеркале). На одном из выходов светоделителя ставился детектор одиночных фотонов.

Если этот детектор «щелкает», это означает, что фотон как вошел в светоделитель, так и вышел. Казалось бы, состояние второго входного импульса светоделителя – того самого, который составляет часть запутанного состояния – не должно было измениться. Но, в силу парадоксальных свойств квантовой интерференции, это состояние меняется в сторону «усиления» его квантовых свойств.

Это явление, открытое Львовским и коллегами еще в 2002 году, было названо ими квантовым катализом, потому что «вспомогательный» фотон, подобно химическому катализатору, сам в реакции не участвует, но меняет состояние света в другом канале.

«В то время это явление выглядело не более чем курьезным феноменом, каковых в квантовой физике множество. Теперь же оказалось, что оно имеет важное практическое применение — оно позволяет восстановить запутанность квантовых состояний света», - говорит Львовский.

По его словам, эта работа – шаг к созданию квантового повторителя — устройства, способного восстанавливать потери квантовой информации при передаче по оптоволоконным линиям связи. В перспективе это позволит создать глобальные системы передачи квантовых данных и снимет ограничения для квантовой криптографии.

«Конечно за восстановление запутанности приходится платить –из миллиона слабо запутанных пар фотонов получается одна сильно запутанная. Но при этом уровень корреляции восстанавливается до первичной, и, хотя скорость передачи данных несколько снижается, мы можем получить устойчивую связь на значительно большем расстоянии», - говорит соавтор исследования Александр Уланов.

Хотя публикации российских ученых в престижных международных журналах, в частности, издательства Nature Publishing Group — не редкость, в большинстве случаев в этих статьях речь идет о теоретических исследованиях или об экспериментах, проведенных в зарубежных научных центрах.

Это исследование уникально тем, что и сам эксперимент, и обработка данных проводилась в Российском квантовом центре. «Появление этой статьи свидетельствует, что в РКЦ созданы условия для научных исследований высшего класса», — подчеркнул генеральный директор РКЦ Руслан Юнусов.

В исследовании помимо Александра Львовского также участвовали сотрудники Российского квантового центра Александр Уланов, Илья Федоров, Анастасия Пушкина, Юрий Курочкин, а также Тимоти Ральф из Центра квантовых вычислений и коммуникационных технологий Университета Квинсленда (Австралия).


Источник: RQC



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 14 октября 2015 11:58 

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Стенка сегнетоэлектрического домена триглицинсульфата
Стенка сегнетоэлектрического домена триглицинсульфата

Продолжается прием статей в 11-й выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»
Продолжается прием статей в 11-й выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ”
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ” 5-9 августа 2019 года в Новосибирске

I МОСКОВСКАЯ ОСЕННЯЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ПЕРОВСКИТНОЙ ФОТОВОЛЬТАИКЕ
14-15 октября 2019 года состоится школа - конференция молодых ученых - I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019).

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.