Магистрант КФУ исследует генерацию однофотонных состояний света, необходимых для квантовых вычислений

 

Молодой ученый Института физики КФУ представил на суд строгого жюри свою работу «Генерация чистых однофотонных состояний света на основе спонтанного четырехволнового смешения в системе связанных кольцевых микрорезонаторов». Научные исследования Илья, который в сентябре стал лауреатом Премии имени К.А.Валиева, ведет под руководством профессора РАН, профессора КФУ, директора КФТИ ФИЦ КазНЦ РАН Алексея Калачева.

 

«Разработка однофотонных источников света, которой мы сейчас занимаемся, — важная задача оптических квантовых технологий, поскольку однофотонные состояния являются необходимым ресурсом квантовых коммуникаций и квантовых вычислений. В частности, особенно востребованы интегральные источники квантовых состояний света на основе фотонных чипов, поскольку они легко масштабируются и могут быть встроены в сложные квантовые схемы», – отмечает магистрант кафедры оптики и нанофотоники Института физики Казанского федерального университета.

 

«В нашей работе мы исследовали генерацию однофотонных состояний света в кольцевых микрорезонаторах, представляющих собой волновод в форме кольца на кремниевой подложке. Такие резонаторы можно изготовить стандартными литографическими методами и объединить в целую систему на одном фотонном чипе. В результате нелинейных оптических эффектов при воздействии излучения накачки в такой системе могут рождаться коррелированные пары фотонов. Тогда детектирование одного из них говорит о наличии второго, и мы получаем так называемый однотонный источник с оповещением, – рассказывает Илья. – Цель нашей работы состояла в том, чтобы найти оптимальные условия для генерации чистых однофотонных состояний, то есть состояний, которые заданы с максимально возможной точностью. Это очень важная задача, поскольку именно такие состояния нужны для оптических квантовых вычислений».

 

Авторам исследования удалось доказать, что в системе связанных резонаторов при некоторых оптимальных условиях можно генерировать почти идеальные чистые состояния и сразу разделять коррелированные фотоны по каналам, что упрощает оптическую схему. По словам Ильи Чуприны, этот подход можно использовать для оптимизации и других источников квантовых состояний света, основанных на нелинейных эффектах в микрорезонаторах.