Но до недавнего времени такие системы требовали слишком много света, а в квантовой связи важны даже одиночные фотоны — мельчайшие частицы света.

Команда из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне нашла решение. Они создали нелинейную систему на основе нанофотонной платформы из фосфида индия-галлия. Технология стала в разы эффективнее — теперь ей хватает даже одного фотона. Впервые у ученых появился реальный способ внедрить нелинейную оптику в квантовую связь.

Наша система передает квантовую информацию с точностью 94%, а у традиционных методов предел всего 33%, — говорит Кеджи Фан, руководитель проекта.

Проблема была в эффективности. Наша платформа увеличила ее настолько, что теперь технология выглядит крайне перспективной.

Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

Как это работает

Квантовая телепортация — основа таких сетей. Она использует квантовую запутанность: две частицы (обычно фотоны) связаны, даже если находятся далеко друг от друга. Это позволяет передавать информацию без прямого контакта, минимизируя помехи.

Но есть две проблемы:

1. Обычные оптические компоненты вносят ошибки.
2. Источники запутанных фотонов неидеальны — иногда создают лишние пары, и неясно, какие из них действительно связаны.

Шум из-за лишних фотонов — главная головная боль для квантовых сетей, — объясняет Элизабет Голдшмидт, соавтор исследования.

Нелинейная оптика подавляет этот шум благодаря своим физическим свойствам, так что даже неидеальные источники запутанности становятся пригодными.

Нелинейные процессы объединяют фотоны разных частот, создавая новые. В квантовой телепортации используют суммирование частот (SFG): два фотона складываются в один. Но если частоты одинаковые — процесс не идет. Это отсекает основной шум и повышает точность. Раньше SFG срабатывал в 1 случае из 100 миллионов, но новая платформа увеличила эффективность до 1 из 10 000.

Ученые уверены: технологию можно улучшить, и она пригодится не только для телепортации, но и для других протоколов, например, обмена запутанностью.

Это исследование — прорыв в практической квантовой связи. До сих пор нелинейные методы были слишком неэффективны, но теперь появился инструмент, который:

• Уменьшает ошибки — точность 94% против 33% у классических методов.
• Работает с минимумом света — даже один фотон достаточен.
• Подавляет шумы — критично для реальных квантовых сетей, где идеальных условий не бывает.

Это приближает нас к глобальным квантовым сетям, где информация передается мгновенно и без потерь.

Ранее ученые предложили новый способ охлаждения фотонов для создания квантовых вычислителей.