Немецкие ученые создали новый способ генерировать инфракрасные одиночные фотоны на основе кремния. Источник создает до 100 тыс. фотонов в секунду. Подход может объединить квантовую криптографию с популярными полупроводниковыми технологиями.

Квантовое распределение ключей используют для обеспечения безопасности данных. Суть способа в выработке общего секретного ключа шифрования для двух удаленных пользователей, используя только открытый канал связи. В основе метода — законы квантовой механики. Третью сторону, которая пытается расшифровать ключ, всегда можно обнаружить. Собственно процесс измерения квантового состояния приводит к аномалиям — квантовому индетерменизму. При этом ключ успешно создается только в том случае, когда аномалии не превышают заданного порога.

Протоколы передачи квантовой криптографии основаны на передаче одиночных фотонов. Фотоны — это кванты света в виде поперечных электромагнитных волн. Однофотонная система обеспечивает безопасность способу. Если фотонов будет несколько, то их можно перехватить и подобрать ключ таким же путем, как это делают допущенные пользователи.

Но есть особенности у источников одиночных фотонов. Несмотря на достигнутый прогресс при их создании применяют слабые лазерные импульсы. И другая фундаментальная проблема — шум. Оптоволокно по-разному нагревается из-за передачи отдельными фотонами, а потому может быть изогнуто. Из-за этих ограничений сейчас существуют пределы пропускной способности квантовой связи. По стандартному кабелю передается 1,26 мегабита в секунду на расстояние 50 км. И 1,16 бита в час на расстояние 404 км по специальному кабелю с ультранизкими потерями данных.

Физики из Дрезденского технического университета под руководством Михаэля Холленбаха (Michael Hollenbach) и ученые из Центра им. Гельмгольца Дрезден-Россендорф создали систему источников одиночных фотонов на основе пластин SOI из кремния.