Физики построили фотонную пушку для квантовой связи

Фотонная пушка, разработанная физиками, представляет собой дискообразный кристалл ниобата лития (соединения лития, ниобия и кислорода), облучаемый лазером. Твердотельный лазер (типа Nd:YAG) закачивает в кристалл фотоны с длиной волны 532 нанометра. Фотоны скапливаются, отражаясь от стенок кристалла, и могут, из-за его особых свойств, распадаться на два фотона с близкой, но немного разной длиной волны около 1060 нанометров.

Затем фотоны покидают кристалл, где разделяются на три группы. Исходные частицы с длиной волны 582 нанометра игнорируются, а пары длинноволновых разделяются. Один из фотонов отправляется принимающей стороне и используется для коммуникации. Второй фотон служит сигналом того, что первый готов к отправлению.

Необходимость одиночных фотонов для коммуникации возникает из-за проблемы подслушивания. Все современные существующие лазеры испускают фотоны «пачками». Если они используются для передачи информации, то часть фотонов из «пачки» может быть перехвачена злоумышленником таким образом, что принимающая сторона этого не заметит. Если для передачи сообщения используется только один фотон, подслушивающий заберет весь сигнал и обнаружит себя.

Кроме того, поскольку образование фотонов — процесс случайный, необходимо использовать именно пары фотонов, чтобы по наличию одного из них знать, что второй отправился принимающей стороне.

Авторам удалось показать, что нагревая или охлаждая кристалл ниобата лития, можно изменять длину волны генерируемых фотонов в диапазоне ста нанометров. Используя панель таких кристаллов, можно будет во много раз увеличить скорость передачи сигналов по одному каналу.