Первую в мире систему, позволяющую восстанавливать утерянную квантовую запутанность в системах квантовой связи и шифрации, удалось создать физикам из Российского квантового центра совместно со специалистами из Московского физико-технического института (МФТИ) и Физического института Академии наук (ФИАН). Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Photonics.
В качестве источника запутанных фотонов в эксперименте использовался нелинейный кристалл титанил-фосфата калия с периодической доменной структурой. Сама процедура заключается в смешивании светового импульса в канале со "вспомогательным" одиночным фотоном на светоделительной пластине. На одном из выходов светоделителя ставился детектор одиночных фотонов. Если детектор "щелкает", это означает, что фотон как вошел в делитель, так и вышел.
В силу квантовой интерференции состояние второго входного импульса светоделителя меняется в сторону "усиления" его квантовых свойств. Обнаруженное явление ученые назвали квантовым катализом, потому что "вспомогательный" фотон, подобно химическому катализатору, сам в реакции не участвует, но меняет состояние света в другом канале.
Феномен квантовой запутанности (или квантовой корреляции), при котором состояния двух или нескольких объектов – атомов, фотонов, ионов – оказываются связаны, является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной "прослушки".
Работа российских ученых может найти применение в создании квантового повторителя – устройства, способного восстанавливать потери квантовой информации при передаче по оптоволоконным линиям связи, а значит – сделать их безопасными.