Китайские исследователи достигли прорыва в разработке многофотонной запутанности с использованием метаповерхностей

Квантовая обработка информации на базе многократного запутывания фотонов сталкивается с основными трудностями: традиционные методы недостаточно эффективны для управления множеством частиц или требуют сложных оптических систем, подверженных потерям и внешнему влиянию.

Исследователи из Пекинского университета, Южного университета науки и технологий и Университета науки и технологий Китая разработали инновационный подход, значительно упрощающий этот процесс.

Они предложили метод создания многфотонной запутанности с помощью метаповерхностей — тончайших структур, воздействующих на фазу, частоту и поляризацию света на наномасштабе. В отличие от традиционных подходов, новая технология позволяет формировать запутанные состояния на одной поверхности, исключая необходимость в сложных системах линз, зеркал и делителей луча.

Эксперимент заключался в направлении нескольких одиночных фотонов под разными углами на специализированную градиентную метаповерхность. Взаимодействуя с наноструктурами, фотоны подвергались квантовому взаимодействию, что приводило к их запутыванию.

Этот подход не только создаёт различные запутанные состояния (включая GHZ- и W-состояния), но и позволяет объединять несколько пар частиц в более крупные группы, увеличивая информационную ёмкость системы.

«Можно сравнить это с нахождением короткого пути в лабиринте, — объясняет профессор Ин Гу, ведущий автор исследования. — Вместо создания сложных оптических схем мы используем одну метаповерхность, выполняющую всю задачу. Процесс становится более компактным, а управление фотонами — проще. Это идеальная платформа для миниатюрных квантовых устройств, которые могут быть размещены на одном чипе».

Метод открывает новые горизонты для квантовых коммуникаций и вычислений. К примеру, метаповерхности смогут распределять запутанные фотоны между множеством пользователей, что станет основой для создания квантовых сетей. Масштабируемость технологии позволяет работать с десятками и сотнями фотонов, что имеет решающее значение для разработки портативных квантовых компьютеров, сравнимых по размерам с современными ноутбуками.

Упрощение процесса создания запутанности — ключевой шаг к практическому применению квантовых технологий. Несмотря на необходимость дальнейших исследований перед выходом на рынок, работа команды демонстрирует, как нанофотоника способна преодолеть ограничения традиционной оптики, приближая эпоху компактных и мощных квантовых систем.

Источник: iXBT