Перепутывание на чипе — для безопасных коммуникаций

Применение перепутанных фотонов в компьютерах и коммуникациях могло бы революционизировать эти отрасли и поднять кибербезопасность на ранее недосягаемый уровень. Но для этого необходим принципиально новый класс излучателей перепутанных фотонов.

Сегодня такие устройства изготавливают из особых кристаллов, габариты которых хотя и составляют всего несколько миллиметров, тем не менее, чересчур велики для интеграции в чипы. Кроме того, для микроэлектронных приложений эти излучатели потребляют недопустимо много энергии.

Новая статья, вышедшая вчера в журнале с высоким импакт-фактором Optica, рассказывает о том, как коллектив ученых впервые разработал достаточно миниатюрное устройств, пригодное для внедрения в обычный кремниевый чип в качестве непрерывного источника перепутанных фотонов.

«Главное достоинство нашего нового источника в том, что он одновременно маленький, яркий и сделан на кремниевой основе, — отмечает соавтор статьи, Даниэль Баджони (Daniele Bajoni) из итальянского Università degli Studi di Pavia. — Диаметр кольцевого резонатора всего 20 мкм, примерно в 10 раз тоньше человеческого волоса. Прежние источники были в сотни раз больше разработанного нами».

Кольцевые резонаторы это распространенные оптоэлектронные компоненты, он представляют собой кольцевые канавки, вырезанные лазером на поверхности кремния, которые могут использоваться для захвата и переизлучения частиц света. «Накачка» производится лучом лазера, направленным из оптоволокна на приемную сторону образца и связываемым с резонатором. Это создает идеальные условия для перепутывания фотонов.

Авторы наблюдали, что необычно высокий процент фотонов, покидающих резонатор, имеет характеристики, соответствующие перепутанному состоянию. По заявлению Баджони, скорость генерирования перепутанных фотонов беспрецедентна для интегрированного в кремний источника и сопоставима с характеристиками объемных кристаллов, накачиваемых мощными лазерами.

Дешевый, миниатюрный и надежный источник перепутанных фотонов, способных распространяться в оптоволоконных сетях, утверждает Баджони, это последний недостающий элемент для организации безопасных коммуникаций. Протоколы квантовой криптографии для них уже демонстрировались и были испытаны, оставшуюся же проблему решает описанная здесь инновация.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365