Физики из Университета имени Гумбольдта в Берлине впервые генерировали и регистрировали фотоны со стабильными частотами, испускаемые азото-замещенными вакансиями в алмазных наноструктурах. Технология подойдет для развития квантового интернета.
Ученые интегрировали отдельные кубиты (квантовые биты) в оптимизированные алмазные наноструктуры. Они в тысячу раз тоньше человеческого волоса и позволяют направленно передавать излучаемые фотоны по оптоволокну.
NV-центр или азото-замещенная вакансия — это один из дефектов алмаза, который возникает при удалении из кристаллической решетки атома углерода и связывании образовавшейся вакансии с азотом. В предыдущих исследованиях ученые показали, что такие вакансии можно использовать в качестве источника одиночных фотонов.
Но при изготовлении наноструктур поверхность материала повреждается на атомарном уровне, а свободные электроны создают неконтролируемый шум для генерируемых световых частиц. Он вызывает флуктуации частоты фотонов, препятствуя успешным квантовым операциям, таким как запутывание.
Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи использовали алмазный материал с относительно высокой плотностью атомов азота в кристаллической решетке. Исследование показало, что в таком материале можно генерировать фотоны со стабильными частотами. Хотя физика этого процесса до конца непонятна и требует дополнительного изучения, ученые полагают, что большое количество азото-замещенных вакансий защищает квантовый источник света от электронного шума на поверхности наноструктуры.
Чтобы обеспечить передачу данных с приемлемыми скоростями связи на большие расстояния в квантовой сети, все фотоны должны собираться в оптических волокнах и передаваться без потерь. При этом все они должны имели одинаковый цвет (одну и ту же частоту). Исследование подтверждает возможность передавать данные без шумов. Более того, с помощью этой технологии текущие скорости связи между распределенными квантовыми системами в перспективе могут быть увеличены более чем в 1 000 раз.
