Физик Майкл Реймер (Центр оптики в Орегоне, США) и его коллеги из университета Бата (Великобритания) сумели поменять длину волны единичного фотона. В перспективе это позволит сверхпроизводительным квантовым компьютерам обмениваться информацией с помощью уже существующих оптоволоконных сетей.

В оптоволоконных сетях данные с разных устройств — телефона, телесети, интернета, - распространяются как импульсы электромагнитных волн и передаются по разным каналам, каждый канал характеризуется своей длиной волны, как радиовещание, только средой для распространения сигнала служит оптоволокно.

Наука и жизнь // Иллюстрации

В существующих цифровых устройствах данные структурируются в виде битов, при передаче один бит — это совокупность фотонов инфракрасного диапазона. В квантовом компьютере, устройстве нового поколения, один бит данных передаётся единичным фотоном оптического диапазона. (Такая технология радикально увеличивает быстродействие и на 100% защищает данные от хакеров). Однако мало создать квантовые компьютеры - необходимо, чтобы они могли обмениваться данными между собой. Существующие сегодня оптоволоконные сети, связавшие мир в единое целое, были разработаны для инфракрасного диапазона, оптический диапазон излучения для них «неродной». Возникает так называемый «цветовой барьер» («цветовой» - потому что длина волны фотона это фактически его цвет). Одна из возможностей обойти его — преобразовать оптическое излучение в инфракрасное «на входе» в оптоволоконный кабель и обратно - «на выходе».

Поскольку энергия фотона связана количественной зависимостью с длиной его волны, меняя энергию фотона, можно менять длину волны. Но чтобы переслать «однофотонный» бит информации по оптоволоконному кабелю, длину волны нужно изменить на конкретную контролируемую величину. Для этого в экспериментах Раймера использовались два лазера. Лазеры излучают в оптическом диапазоне, поэтому один из них использовался для имитации выхода квантового устройства, с которого сигнал приходит в оптоволокно. Второй лазер – опорный: испущенные им фотоны обменивались энергией с фотонами сигнала, идущего с «имитатора».

Исследователи научились менять длину волны опорного лазера, чтобы длина волны фотона, излученного «имитатором», контролируемо изменялась на заданную величину, в том числе получать фотоны с длиной волны, подходящей для передачи сигнала через оптоволоконные сети. Это серьезный шаг к коммуникации между квантовыми компьютерами.