Автор: Дарья Колмина
"Питерские заметки", 08.11.2023:
Квантовые системы обещают более надежное шифрование для сферы вычислений и связи. Эти системы могут быть построены на оптоволоконных сетях, включающих в себя взаимосвязанные узлы, которые состоят из кубитов и генераторов одиночных фотонов, создающих связанные пары фотонов.
Однако, до сих пор источники света с одиночными фотонами были разработаны с использованием редкоземельных элементов при высоких температурах, что ограничивает практическое применение квантовых сетей на их основе.
В опубликованном 16 октября 2023 года исследовании, которое появилось в журнале "Physical Review Applied", исследовательская группа из Японии успешно разработала источник света с одиночным фотоном на основе легированного иттербия ионами (Yb3+) в аморфном оптическом волокне кремния при комнатной температуре. Под легированием понимается добавление примесей для изменения физических или химических свойств материалов.
Источник света с одиночными фотонами является устройством, контролирующим статистические свойства фотонов, которые представляют собой наименьшие единицы энергии света. "В этом исследовании мы разработали источник света с одиночными фотонами с использованием оптоволоконного материала, легированного оптически активными элементами редкоземельных элементов", - объясняет доцент Каору Санака из Токийского научного университета (TUS).
Иттербий - элемент редкоземельных металлов с благоприятными оптическими и электронными свойствами, что делает его подходящим кандидатом для легирования оптических волокон. Для изготовления легированного иттербием оптического волокна исследователи уменьшили диаметр доступного волокна с помощью техники нагрева и вытягивания.
Внутри суженного волокна отдельные атомы редкоземельных элементов испускают фотоны при нагреве лазером. Расстояние между этими атомами играет ключевую роль в определении оптических свойств волокна. Например, если среднее расстояние между отдельными атомами превышает оптическое дифракционное ограничение, определяемое длиной волны испускаемых фотонов, излучаемый свет от этих атомов выглядит так, будто он исходит от кластеров, а не от отдельных источников.
Чтобы подтвердить природу этих испускаемых фотонов, исследователи использовали аналитический метод, известный как автокорреляция, который оценивает сходство между сигналом и его задержанной версией. Анализируя образец испускаемых фотонов с помощью автокорреляции, исследователи обнаружили не резонансные излучения и получили дополнительное доказательство испускания фотонов от отдельного иттербий-иона в легированном фильтре.
При этом качество и количество испускаемых фотонов можно улучшить, а оптическое волокно с иттербием может быть изготовлено без необходимости использования дорогостоящих систем охлаждения. Это преодолевает значительное препятствие и открывает двери для различных квантовых технологий информации следующего поколения.
Однако, до сих пор источники света с одиночными фотонами были разработаны с использованием редкоземельных элементов при высоких температурах, что ограничивает практическое применение квантовых сетей на их основе.
В опубликованном 16 октября 2023 года исследовании, которое появилось в журнале "Physical Review Applied", исследовательская группа из Японии успешно разработала источник света с одиночным фотоном на основе легированного иттербия ионами (Yb3+) в аморфном оптическом волокне кремния при комнатной температуре. Под легированием понимается добавление примесей для изменения физических или химических свойств материалов.
Источник света с одиночными фотонами является устройством, контролирующим статистические свойства фотонов, которые представляют собой наименьшие единицы энергии света. "В этом исследовании мы разработали источник света с одиночными фотонами с использованием оптоволоконного материала, легированного оптически активными элементами редкоземельных элементов", - объясняет доцент Каору Санака из Токийского научного университета (TUS).
Иттербий - элемент редкоземельных металлов с благоприятными оптическими и электронными свойствами, что делает его подходящим кандидатом для легирования оптических волокон. Для изготовления легированного иттербием оптического волокна исследователи уменьшили диаметр доступного волокна с помощью техники нагрева и вытягивания.
Внутри суженного волокна отдельные атомы редкоземельных элементов испускают фотоны при нагреве лазером. Расстояние между этими атомами играет ключевую роль в определении оптических свойств волокна. Например, если среднее расстояние между отдельными атомами превышает оптическое дифракционное ограничение, определяемое длиной волны испускаемых фотонов, излучаемый свет от этих атомов выглядит так, будто он исходит от кластеров, а не от отдельных источников.
Чтобы подтвердить природу этих испускаемых фотонов, исследователи использовали аналитический метод, известный как автокорреляция, который оценивает сходство между сигналом и его задержанной версией. Анализируя образец испускаемых фотонов с помощью автокорреляции, исследователи обнаружили не резонансные излучения и получили дополнительное доказательство испускания фотонов от отдельного иттербий-иона в легированном фильтре.
При этом качество и количество испускаемых фотонов можно улучшить, а оптическое волокно с иттербием может быть изготовлено без необходимости использования дорогостоящих систем охлаждения. Это преодолевает значительное препятствие и открывает двери для различных квантовых технологий информации следующего поколения.