30.01.2020 Журнал «ScienceAdvances» опубликовал важные выводы из совместного исследования, которое проводили ученые из КНР и ЮАР. Под прицелом специалистов были частицы света. Наблюдая за ними, исследователи пришли к интересным результатам, которые отразятся на будущем квантовой связи. Как выяснилось, фотоны, запутанные сразу на нескольких уровнях, реально передавать, используя самые простые оптические волокна. За счет этого ощутимой получится экономия на создании систем квантовой связи параллельно с их упрощением.
Ученые подробнее объяснили о своих экспериментах и их последствиях для мировой науки и сферы связи. Они уверены, что теперь можно будет активнее и более многопланово использовать имеющиеся оптоволоконные сети. Их реально задействовать, чтобы передавать многомерные запутанные частицы света. Фактически суммируются плюсы разных систем: многомерной и двумерной квантовой связи.
Особенности оптического волокна
С развитием науки и технологий появился новый раздел прикладной науки и машиностроения — волоконная оптика. Она и описывает, что собой представляют оптические волокна. Это нити, которые изготавливают из оптически прозрачных материалов — например, из пластика либо стекла. Они способны передавать пучки фотонов, а не электричество, как это бывает с обычными проводами. Происходит передача путем полного внутреннего отражения света внутри таких волокон.
Нити изготавливают из двух компонентов, разница между которыми заключается в таком показателе, как индекс преломления. Оба материала являются прозрачными. Только у окружающей оболочки индекс преломления немного меньше, чем у светопроводного сердечника.
Оптическое волокно работает следующим образом. Оно захватывает фотоны и заставляет частицы света двигаться в определенном направлении. Невозможно изменение курса движения, как и «побег» во внешнюю среду. Однако с момента изобретения технологии ученые до сих пор не смогли решить несколько проблем оптоволокна.
Ключевые задачи научного мира
Профессор Эндрю Форбс из университета Витватерсранда вместе с китайскими коллегами в публикации напоминают о том, что до настоящего момента оптическое волокно не использовали для квантовых систем, основанных на «многомерных» запутанных фотонах. Не удалось привлекать подобные частицы света по причине специфики работы оптоволокна. В нем формируются линии связи, пропускающие фотоны на определенной длине волны.
В результате же технологию не удается применять с максимальной отдачей, причем возникают сложности и с эксплуатацией ныне существующих систем. Например, встречаются помехи, когда сигнал отражается «неправильно». Сбои привносят частицы света, которые попадают извне в оптическое волокно. Если удастся обойти ограничение, не только возрастет качество передачи. Можно будет использовать технологию для работы с куда большими расстояниями.
До недавнего времени в ученом мире было живо убеждение, что запутанные многомерные фотоны в принципе не смогут двигаться по оптическому волокну. Для них создали специальные световоды. Они отличаются более толстым сердечником, однако не получалось добиться хорошей дальности связи.
В совместной работе китайские и африканские исследователи экспериментировали с обычным оптоволокном. Они разбили многомерные пучки, запутанные на четырех уровнях, на пары фотонов. Отдельные частицы были закручены спиралью. В конце световода физики смогли считать многомерное исходное состояние, от чего не пострадала целостность данных. Используя такой подход, удастся удешевить и усовершенствовать квантовые сети.