Группа исследователей из Колледжа оптики и фотоники Университета Центральной Флориды (CREOL) под руководством профессора Андреа Бланко-Редондо (Andrea Blanco-Redondo) разработала способ создавать и масштабировать запутанные состояния света, обладающие топологической защитой. Работа открывает новые возможности для квантовых вычислений и квантовой сенсорики.

Квантовые компьютеры используют кубиты — квантовые аналоги битов, которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Для эффективной работы таких систем необходимы сложные запутанные состояния, устойчивые к внешним воздействиям и дефектам. До сих пор создание подобных состояний было ограничено сложностью и хрупкостью используемых структур.

В новом исследовании учёные использовали кремниевые фотонные волноводные решётки, в которых свет может распространяться по особым топологически защищённым модам. Эти моды устойчивы к локальным дефектам благодаря глобальным свойствам структуры. Команда впервые показала, что такие моды можно не только запутывать, но и масштабировать их число без усложнения системы.

Профессор Андреа Бланко-Редондо во время проведения экспериментов по квантовой фотонике в своей лаборатории в CREOL. Фото: University of Central Florida

Ключ к успеху — особая конфигурация волноводов, позволяющая поддерживать множество совместно локализованных защищённых мод. Это обеспечивает одновременную генерацию нескольких запутанных фотонных состояний, что увеличивает ёмкость системы для хранения и передачи квантовой информации.

Эксперименты подтвердили, что новые запутанные состояния сохраняют устойчивость к дефектам и обладают высокой степенью корреляции между фотонами. Это критически важно для создания надёжных квантовых вычислительных устройств и сенсоров, способных работать в реальных условиях.

По словам Андреа Бланко-Редондо, разработанный метод открывает путь к созданию масштабируемых квантовых систем, где сложность не приводит к потере устойчивости. Это важный шаг к практическому применению квантовых технологий в вычислениях, медицине, навигации и кибербезопасности.