異なる光が混じり合う、新しい量子通信システム

・研究者たちは、量子情報を長距離にわたって安全に転送するための新しいチップベースの光学機器を開発しています。

・これは、1つの可視光光子と1つの近赤外線光子の量子ペアを作成することによって機能します。

量子通信システムは、既存の電流を使用してデータを転送する通信システムとは異なり、光に依存しています。 長距離量子通信には、量子情報の低損失の保存と送信のためのリソースが必要です。

量子情報を運び処理する光学機器は、動作するために可視光の粒子（光子と呼ばれる）を必要とします。 ただし、その情報を光ファイバーを介して何マイルにもわたって転送するには、可視光の10倍の波長を持つ近赤外光子が必要です。

近年、アメリカ国立標準技術研究所の科学者は、この問題を解決するための新しい技術を考案しました。 彼らは、チップベースの光学機器を使用して、1つの可視光光子と1つの近赤外光子の量子ペアを作成しました。

可視光子はトラップされたイオンと効果的に相互作用することができ、各ペアの近赤外光子は光ファイバーを介して長距離に伝えることができます。 この発見により、光子ベースの回路の機能を強化して、データを離れた場所に安全に転送できます。

異なる波長の絡み合う光子

2つ以上の光子などの粒子が本質的に相互に接続し、一緒に1つのユニットとして機能するときに、量子のもつれが発生します。 絡み合った粒子は接続されたままなので、遠く離れていても、一方に対して実行されたタスクが他方に影響を与えます。

これらの絡み合った粒子は、量子コンピューティングと暗号化、およびその他の量子情報スキームの中核にあります。 通常、2つのもつれ合った光子は同じような色または波長を持っています。

しかし、この研究では科学者は変わった組み合わせを作ろうとしました。彼らは、可視光光子（原子システムにデータを保存するのに最適）を近赤外光子（大きな信号損失なしに光ファイバーを通過できる）に接続したいと考えていました。

そのようなペアを作るために、彼らは小さなトラックの周りに光を導くナノスケールの窒化ケイ素共振器を開発しました。 研究者たちは、時間エネルギーエンタングルメントと呼ばれる特別な種類のエンタングルメントを使用して、光子ペアのエネルギーをそれが生成される時間とリンクさせました。

研究者たちは、ポンプレーザー（紫）をリング状の共振器に合わせました。 可視光フォトン（赤いパッチ）と近赤外線フォトン（青いパッチ）のペアを生成しました。| 研究者からの提供

チームは特定の波長のレーザー光を共振器に入れ、それで近赤外光子と可視光光子のペアができることを発見しました。 彼らはこれらの共振器をうまく設計して、大量のペアを作成しました。この研究で行われた実験は、ペアが数マイルの光ファイバーを通過した後でも、絡み合いが持続することを証明しました。

さらに、ナノフォトニックチップソースは大量に製造することができ、さらなる開発を通じて、この技術を使用して、エンタングルメントスワッピングを介して離れた量子システムとリンクすることができます。