Фотонный чип из нитрида кремния: топология скирмиона света пережила потерю запутанности фотонов
Группа из США создала чип, кодирующий квантовый скирмион в одном из запутанных фотонов. При росте шума запутанность исчезла, а топологическая характеристика в основном сохранилась.
Исследовательская группа из США создала интегральный фотонный чип из нитрида кремния. Он генерирует запутанные фотоны и наносит на один из них узор квантового скирмиона, говорится в работе в Nature Physics, о которой сообщает chip.pl. chip.pl
chip.plchip.plОткрыть источник ↗ В эксперименте топологическое свойство узора сохранялось и после того, как запутанность между фотонами исчезала под действием добавленного шума.
Квантовый скирмион и чип
Запутанность — это корреляция между частицами, при которой состояние одной связано с состоянием другой. Она очень чувствительна к помехам: даже сравнительно слабый шум из окружающей среды может разрушить её и затруднить передачу информации.
Квантовый скирмион — не физический объект, а особая конфигурация свойств света, связанная с поляризацией и орбитальным угловым моментом. Поляризация описывает направление колебаний световой волны, а орбитальный угловой момент — то, как закручен её волновой фронт. Сочетание этих параметров даёт узор, математические свойства которого описывает топология; его главная черта — устойчивость к локальным возмущениям.
Чип объединяет несколько функций: генерирует запутанные фотоны, направляет их по нужным путям и наносит на один из них скирмионный узор. Пары фотонов получали с помощью импульсов фемтосекундного лазера и процесса спонтанного четырёхволнового смешения. Затем микрокольцевые резонаторы объединяли свойства света и кодировали структуру. chip.pl
chip.plchip.plОткрыть источник ↗
Измерения и испытания шумом
Исследователи также провели измерения, позволяющие восстановить квантовое состояние системы. Топологическое число исходного скирмиона составило 1,981 при ожидаемом значении 2. Для переданных двухфотонных состояний средняя точность (верность) квантового состояния достигла 89 процентов.
На следующем этапе команда намеренно вносила помехи, повышая уровень шума, в том числе добавляя нежелательный фоновый свет. По мере роста шума квантовое состояние постепенно ухудшалось, а запутанность между фотонами в итоге исчезала. Топологическое свойство скирмиона при этом в основном оставалось неизменным. Лишь заметно более сильные возмущения разрушали весь узор.
Это подкрепляет предположение, что топологические свойства света устойчивее к шуму, чем считалось ранее. chip.pl
chip.plchip.plОткрыть источник ↗
