Волоконные источники квантовых состояний света

Умение обрабатывать все более возрастающие объемы данных, и передавать их на большие расстояния, сохраняя при этом конфиденциальность критически важной информации, становится насущной необходимостью в современном мире. В этой связи очевидна необходимость развития квантовых технологий, ориентированных на реализацию квантовых вычислений, памяти, криптографии и сенсоров. Одним из ключевых ресурсов квантовых информационных технологий являются однофотонные состояния и коррелированные фотонные пары, которые затем могут быть использованы для формирования более сложных квантовых состояний и использоваться в различных областях квантовых технологий. При работе с такими состояниями критически важно минимизировать потери излучения на каждом шаге от генерации до конечного детектирования, поэтому создание волоконного источника квантовых состояний света (ВИКСС) будет иметь несколько очевидных преимуществ: – волоконный формат обеспечивает минимальные потери на сопряжение и транспортировку реализуемых квантовых состояний света по волоконным световодам; – гибкое управление дисперсией световодов обеспечивает возможность широкого управления характеристиками квантовых состояний света; – волоконные технологии имеют высокий потенциал миниатюризации и сопряжения со схемами интегральной оптики. На сегодняшний день проблема эффективной внутриволоконной генерации квантовых состояний света при возбуждении маломощными непрерывными лазерными источниками остается нерешенной. Предыдущие исследования опирались на использование нелинейности 3-го порядка Хи(3). Хотя это направление не исчерпало свой потенциал, в последние годы наметилось новое направление, связанное с возможностью генерации коррелированных фотонных пар на основе нелинейности 2-го порядка Хи(2), искусственно наведенной в световодах. Такой подход открывает новые перспективы в миниатюризации и энергоэффективности ВИКСС, поскольку позволит использовать доступные маломощные лазерные диоды для накачки источника. Малые размеры в сочетании с низким энергопотреблением определяют высокое значение и потребность в таких источниках со стороны коммерческих квантовых криптографических систем на основе протоколов с одиночными фотонами, активно развивающихся в России и зарубежом в настоящее время. В рамках данного Проекта планируется создать и исследовать ВИКСС на основе двух физических механизмов, а именно: 1) спонтанного параметрического рассеяния (СПР) на нелинейности второго порядка Хи(2), наведенной в периодически полингованных световодах, и 2) спонтанного четырехволнового взаимодействия (СЧВВ) на нелинейности третьего порядка Хи(3) в фотонно-кристаллических световодах. Методы генерации квантовых состояний света в волоконном формате, которые будут развиты в данном Проекте, приведут к созданию эффективных ВИКСС, способных занять заметное место как непосредственно в задачах квантовой криптографии, так и в смежных областях квантовых технологий.