Квантовые технологии обещают защищённую связь и мощные вычисления, но разные квантовые системы работают на разных длинах волн света. Квантовые памяти и ионные ловушки лучше функционируют в ультрафиолете или видимом диапазоне, а передача на дальние расстояния по оптоволокну эффективна в телекоммуникационном диапазоне. Чтобы построить практичные квантовые сети, нужно надёжно переводить квантовую информацию между этими диапазонами без потерь. Об этом рассказывает сайт Phys.org.
Исследователи из UCLA, SLAC, Рочестерского и Оттавского университетов изучили процесс четырёхволнового смешения в газонаполненном полом капиллярном волокне с ксеноном. Они смоделировали три сценария преобразования: инфракрасный свет 1030 нм в ультрафиолет 343 нм, телекоммуникационный 1550 нм в ультрафиолет 308 нм и 1550 нм в видимый свет 516 нм. Такие комбинации помогут связать оптоволоконные сети с оптическими часами, ионными ловушками и редкоземельными квантовыми памятью.
Симуляции показали сильное сохранение фазы: корреляции между входным и выходным сигналами превышали 0,95, а в благоприятных условиях — 0,99. Лучшая точность достигалась при низкой энергии и узкой полосе промежуточного лазерного импульса. Преобразование телеком-диапазона в видимый (1550 нм в 516 нм) оказалось особенно устойчивым, тогда как преобразование в ультрафиолет было чувствительнее к условиям.
Эффективность преобразования достигала 28% для инфракрасного в ультрафиолет, 8,4% для телеком-диапазона в ультрафиолет и 10,8% для телеком-диапазона в видимый. Однако рост энергии лазера усиливает нелинейные эффекты, которые размывают фазу. Учёные подчёркивают: успешные квантовые преобразователи должны балансировать между эффективностью и когерентностью.
Работа пока основана на моделировании, но результаты указывают, что газонаполненные полые волокна могут стать практичной платформой для соединения квантовых технологий. Как отмечает автор исследования Хао Чжан, будущие эксперименты проверят сохранение фазы для квантовых состояний и запутанности. Если это подтвердится, подход поможет преодолеть спектральные разрывы между компонентами крупномасштабных квантовых сетей.