Швейцарски изследователи представиха програмируем фотонен чип, способен да генерира всичките четири състояния на Бел – основните видове квантово заплитане. Според експертите това постижение е критично важна стъпка към мащабируеми и практически приложими квантови комуникационни мрежи, които са в основата на бъдещия квантов интернет.

Това, което прави разработката уникална, е нейната напълно монолитна архитектура. Върху миниатюрен чип, изграден върху платформа от тънкослоен литиев ниобат върху изолатор, учените са интегрирали два ключови компонента: източник на заплетени двойки фотони с висока яркост и програмируеми интерферометрични елементи за контрол на тези състояния. Тази интеграция елиминира необходимостта от сложни и обемисти външни оптични системи, пише Nature.

Генерирането на заплетените частици става в специални периодично поляризирани вълноводи с дължина 1,5 мм. Когато се напомпват от непрекъснат лазер с дължина на вълната 775 nm, в тях протича нелинеен оптичен процес, в резултат на който се получават двойки заплетени фотони с дължина на вълната 1550 nm. Това прави технологията съвместима със съществуващата оптична инфраструктура.

Устройството демонстрира точност на състоянието на Бел от над 90% за всичките четири максимално заплетени състояния. Най-високата стойност на точността е 93,1% за едно от състоянията. Почти перфектната видимост на двуфотонната интерференция (99,0±0,7 %) потвърди изключителната идентичност на фотоните, което е пряко доказателство за тяхното качествено заплитане.

Изборът на материал е важен фактор за успеха. Литиевият ниобат притежава изключителните нелинейни оптични свойства, необходими за ефективното генериране на фотоните, а също така позволява свръхбърз електрооптичен контрол. Тази платформа ефективно интегрира функциите за генериране, обработка и контрол на квантовите състояния.

От практическа гледна точка изследването решава проблема с мащабируемостта на квантовите системи. Вместо да се създава специализиран хардуер за всеки отделен квантов протокол, един универсален чип може да бъде гъвкаво адаптиран към различните задачи. Може би през следващите години тези решения ще се появят в реалните търговски системи.