Немецкие физики создали фотонную пушку, способную испускать единичные фотоны различных длин волн. Подобные устройства могут стать незаменимыми для организации квантовой связи, неприступной для хакерских атак. Препринт работы доступен в архиве Корнельского университета.
Фотонная пушка, разработанная физиками, представляет собой дискообразный кристалл ниобата лития (соединения лития, ниобия и кислорода), облучаемый лазером. Твердотельный лазер (типа Nd:YAG) закачивает в кристалл фотоны с длиной волны 532 нанометра. Фотоны скапливаются, отражаясь от стенок кристалла, и могут, из-за его особых свойств, претерпевать распад на два фотона с близкой, но немного разной длиной волны около 1060 нанометров.
В конечном счете фотоны покидают кристалл, где разделяются на три группы. Исходные частицы с длиной волны 532 нанометра игнорируются, а пары длинноволновых разделяются. Один из фотонов используется для коммуникации - отправляется принимающей стороне. А второй фотон служит сигналом того, что первый готов к отправлению.
Необходимость одиночных фотонов для коммуникации возникает из-за проблемы подслушивания. Дело в том, что все современные существующие лазеры испускают фотоны "пачками". Если они используются для передачи информации, то часть фотонов из "пачки" может быть перехвачена злоумышленником таким образом, что принимающая сторона этого не заметит. Если для передачи сообщения используется только один фотон, он уйдет на подслушивание и наличие злоумышленника будет сразу обнаружено.
Кроме того, поскольку образование фотонов - процесс случайный, то необходимо использовать именно пары фотонов, чтобы по наличию одного из них знать, что второй отправился принимающей стороне.
Авторам удалось показать, что нагревая или охлаждая кристалл ниобата лития, можно изменять длину волны генерируемых фотонов в диапазоне ста нанометров. Используя панель таких кристаллов, можно будет во много раз увеличить скорость передачи сигналов по одному каналу.
Недавно физики уже создали канал квантовой связи рекордной длины. Подробнее о том, как ученые пытаются приспособить квантовые эффекты для передачи информации можно почитать здесь.