Команда физиков и инженеров из Бристольского Университета (Bristol University) в Англии продемонстрировала оптоволоконный квантовый логический элемент, в котором одиночные фотоны генерируются и используются для управляемой логической операции отрицания.

Испытанный высоконадежный оптоволоконный двухвходовой квантовый логический элемент изготовлен на базе оптоволокна, произведенного с применением фотонных кристаллов. Результаты исследований опубликованы в журнале Physical Review A (All-optical-fiber polarization-based quantum logic gate)

Образцы структуры оптоволокна, производимого на базе фотонных кристаллов американской компанией Newport.

Созданный элемент контролируемого отрицания функционирует следующим образом: на первый вход подается управляющий кубит, а на второй — управляемый; если управляющий кубит находится в состоянии «1», над управляемым проводится операция отрицания. В противном случае кубиты подаются на выход без изменений. На физическом уровне состояние кубитов определяется направлением поляризации фотонов.

Источником фотонов послужил титан-сапфировый лазер, а для их регистрации на выходе применялись кремниевые лавинные фотодиоды. По словам исследователей, надежность работы системы составила около 90 процентов. «Путем несложных расчетов мы установили, что в возникновении основной массы ошибок виноват источник фотонов; логический же элемент функционирует очень точно», — добавляет руководитель работы профессор Джереми О’Брайен (Jeremy O’Brien).

По мнению ученых, подобные оптоволоконные логические вентили могут найти применение как на практике (в частности, в криптографии), так и в фундаментальных исследованиях в области квантовой оптики.