Китайские учёные научились запутывать фотоны с рекордной эффективностью, что кратно поднимет скорость квантового шифрования

Квантовое распределение ключей или квантовая криптография представляются абсолютно защищёнными от перехвата. Однако скорость генерации ключей, в основе чего лежит запутывание пар фотонов, всё ещё очень и очень низкая. Возможно, к прорыву на этом направлении подошли китайские учёные. Новый метод запутывания фотонов оказался намного эффективнее традиционного способа.

Источник изображения: Pixabay

В современном квантовом распределении ключей пару связанных фотонов получают с помощью так называемого спонтанного параметрического рассеяния, когда лазером «светят» на определённый кристалл. С небольшой вероятностью — один случай на десятки миллионов — пара фотонов связывается, что означает возникновение равенства их волновых функций. Будучи разнесёнными на большие расстояния, связанные фотоны продолжают «чувствовать» друг друга. Измерение состояния одного из них моментально сказывается на другом. Поэтому незаметно перехватить зашифрованный такими фотонами ключ невозможно — об этом сразу же становится известно.

В свежей статье в издании Nature Photonics команда исследователей из Университета науки и технологий Китая в юго-восточной провинции Аньхой сообщила, что смогла довести технологию гарантированного получения связанных пар фотонов до 27 %, что кратно превышает все известные до этого методы.

В основе предложенного способа лежит технология создания «суператома» — кластера из сотен обычных атомов, свойства которого повторяют свойства составляющих его атомов. Свой «суператом» учёные собрали из атомов рубидия. Поле этого один из атомов кластера доводили до возбуждённого состояния, известного как состояние Ридберга (ридберговские атомы). По мере накачки ридберговского атома энергией он увеличивался и начинал взаимодействовать с соседними в кластере атомами. Это проявлялось в том, что энергетические уровни соседних атомов смещались вплоть до возникновения состояния запутанности между одной из пар.

В серии экспериментов учёные добились генерации пар запутанных фотонов с эффективностью 27 %. В идеальных условиях, уверены исследователи, эффективность предложенного метода может достигать 100 %, что способно подтолкнуть науку как по пути развития квантовых вычислений, так и квантовой связи.