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

 

Кровь и серебро
Кровь и серебро

Наносистемы: физика, химия, математика (2022, Т. 13, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume13/13-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Не только производные: как рассчитать кривизну пластины. Фуллерен и антибиотик. О непостоянстве ширины запрещенной зоны в ван-дерваальсовом магнитном топологическом изоляторе. Девятая Всероссийская конференция с международным участием “Топливные элементы и энергоустановки на их основе”

Поступай без экзаменов в совместную магистратуру "ИИ в биотех системах" ИТМО, Татнефть и АГНИ
Университет ИТМО, компания Татнефть и Альметьевский государственный нефтяной институт запускают совместную программу магистратуры "Искусственный интеллект в биотехнологических системах". Программа направлена на биологов, биотехнологов и химиков, готовых оттачивать навыки программирования и применять data-driven подход для решения фронтирных научных задач и создания реальных продуктов для вывода на рынок.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2022 году
коллектив авторов
24 - 27 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Пятилетка Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!": что было и что может быть в будущем
Е.А.Гудилин , А.А.Семенова
Уже более 15 лет живет и развивается Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". За всю историю Олимпиады было предложено много инновационных решений, охват олимпиадой составил более 50 000 участников по всей Российской Федерации и странам ближнего зарубежья. В статье приводятся статистические данные по Олимпиаде и возможные пути ее дальнейшего развития.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
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.