Исследователи сделали шаг к практическому применению квантовой связи, создав специализированный чип из необычного материала. Как сообщает Phys.org, международная группа ученых изготовила высокопроизводительный приемник для квантовых сигналов прямо внутри боросиликатного стекла, используя технику лазерной записи.

^{Фото: Марко Авесани, Падуанский университет.}

Задача таких устройств — точно измерять хрупкие квантовые состояния света для криптографии или генерации случайных чисел. Обычно их делают на кремнии, но у того есть недостатки: высокие оптические потери и чувствительность к поляризации света, что снижает стабильность.

Стекло лишено этих проблем. Оно нечувствительно к поляризации, химически инертно и устойчиво к температурным колебаниям. Фемтосекундный лазер позволил «выгравировать» внутри стеклянного бруска нужную оптическую схему — волноводы, разветвители и термооптические фазовращатели, — создав трехмерный фотонный чип.

Получившееся устройство показало отличные характеристики. Потери сигнала в нем составили всего около 1 децибела, а работать без сбоев оно могло как минимум восемь часов. Важным преимуществом стала и его полная совместимость со стандартными телекоммуникационными оптическими волокнами.

На этом чипе ученые реализовали две ключевые технологии. Во-первых, генератор квантовых случайных чисел, который продемонстрировал рекордную для своей категории безопасную скорость в 42,7 гигабита в секунду. Во-вторых, систему квантового распределения ключей (CV-QKD), которая в смоделированном 9,3-километровом канале показала скорость генерации секретного ключа 3,2 мегабита в секунду.

Метод лазерной записи в стекле не требует дорогих полупроводниковых фабрик, позволяет быстро создавать прототипы и дает свободу в трехмерном проектировании схем. По мнению авторов, такая платформа обладает ключевыми для практического внедрения качествами — стабильностью, низкой стоимостью производства и совместимостью с существующей оптической инфраструктурой. Это может помочь преодолеть разрыв между лабораторными экспериментами и созданием готовых к практическому применению систем квантовой связи.