Ученые нашли способ стабильного масштабирования запутанных состояний света

Команда физиков из Колледжа оптики и фотоники Университета Центральной Флориды (CREOL) под руководством профессора Андреа Бланко-Редондо представила инновационный метод генерации и масштабирования запутанных световых состояний, обладающих топологической защитой. Данное открытие существенно расширяет потенциал квантовых вычислений и разработки сверхчувствительных сенсоров нового поколения.

Квантовые вычислительные системы оперируют кубитами, которые, в отличие от классических битов, способны находиться в состоянии суперпозиции. Для корректной работы таких устройств требуются сложные конфигурации запутанных частиц, сохраняющие стабильность вопреки внешним помехам и дефектам носителя. До недавнего времени создание подобных структур было сопряжено с серьезными трудностями из-за их исключительной хрупкости и технологической сложности.

В рамках своего исследования ученые применили кремниевые фотонные волноводные решетки, в которых распространение света происходит по особым, топологически защищенным модам. Благодаря глобальным геометрическим свойствам структуры эти моды демонстрируют поразительную устойчивость к локальным несовершенствам материала. Исследователям впервые удалось продемонстрировать, что такие состояния можно не только эффективно запутывать, но и масштабировать их число без пропорционального усложнения всей архитектуры.

Профессор Андреа Бланко-Редондо изучает процессы квантовой фотоники в лаборатории CREOL. Фото: Университет Центральной Флориды

Ключевым фактором успеха стала специфическая конфигурация волноводов, позволяющая одновременно поддерживать множество совместно локализованных защищенных мод. Это обеспечивает параллельную генерацию нескольких групп запутанных фотонов, что значительно увеличивает емкость системы для кодирования и трансляции квантовой информации.

Серия экспериментов подтвердила, что полученные запутанные состояния сохраняют невосприимчивость к структурным дефектам и демонстрируют высокий уровень корреляции между фотонами. Эти характеристики критически важны для проектирования надежных квантовых процессоров и датчиков, способных эффективно функционировать в реальных эксплуатационных условиях.

Как отмечает Андреа Бланко-Редондо, предложенный подход открывает прямую дорогу к созданию масштабируемых квантовых систем, где рост сложности не влечет за собой потерю стабильности. Это достижение знаменует собой важный этап на пути к практическому внедрению квантовых технологий в криптографию, навигацию, медицину и высокопроизводительные вычисления.

Источник: iXBT