Оптические устройства, которые хранят и обрабатывают квантовую информацию, как правило, работают с фотонами видимого спектра, но в оптоволоконных коммуникациях применяются фотоны с длиной волны на порядок больше, относящиеся к ближнему инфракрасному диапазону. Способ как «подружить» эти комплементарные технологии нашли сотрудники института NIST.

Вместе с учёными из Мэрилендского университета они продемонстрировали квантовую корреляцию (известную также как квантовое перепутывание) между двумя фотонами — видимым и ИК. Первый фотон из этой пары может взаимодействовать с захваченными атомами, ионами и другими вариантами кубитов, а его инфракрасный компаньон будет переносить информацию на многокилометровые расстояния по оптоволокну.

Разработанный исследователями метод, о котором они недавно рассказали в журнале Nature Physics, можно легко адаптировать для создания многих других фотонных пар, подходящих для различных специальных приложений.

В эксперименте авторы задействовали миниатюрные оптические компоненты, производимые промышленностью в больших количествах. Для получения перепутанных пар команда сконструировала оптический вариант так называемой «шепчущей галереи». Этот нанорезонатор из нитрида кремния направлял свет нужных длин волн по кольцевой траектории, в результате чего возникал особый тип перепутывания, связывающий энергию фотонных пар с временем, когда они были сгенерированы.

В будущем, комбинируя такие пары с квантовой памятью, можно будет переносить на последнюю ту запутанность, что свойственна фотонным парам. Этот метод, известный как передача запутывания (entanglement swap), позволяет коррелировать между собой устройства квантовой памяти на гораздо большем расстоянии, чем это обычно возможно.