Китайские учёные создали 100-канальный детектор одиночных фотонов для квантового интернета
iXBT.com ·
Учёные из Шанхайского института микросистем и информационных технологий (SIMIT) в Китае разработали 100-канальный детектор одиночных фотонов — устройство, способное регистрировать отдельные фотоны и необходимое для создания масштабируемых квантовых сетей. В испытаниях прототипа сети с пятью пользователями точность сохранения квантовой информации превысила 90%. Разработка решает одну из технических проблем квантовой связи: как увеличить число каналов детектора, не перегружая систему охлаждения.
В основе устройства лежат сверхпроводящие нанопроволочные детекторы одиночных фотонов (SNSPD). Они обеспечивают высокую точность регистрации света, но требуют охлаждения до сверхнизких температур. Для передачи сигналов от детектора к электронике при комнатной температуре обычно используют коаксиальные кабели. Их металлические проводники проводят тепло внутрь криогенной камеры, а с увеличением числа каналов растёт и тепловая нагрузка. Это ограничивало практические конструкции примерно 32 каналами.
Китайская команда переработала конструкцию детектора и заменила традиционные кабели тонкими гибкими многожильными микрополосковыми линиями с высокой плотностью размещения проводников. Они обеспечивают передачу сигналов при меньшем притоке тепла. По данным исследователей, тепловая нагрузка на криогенную систему оказалась в 21 раз ниже, чем при использовании обычных кабелей. Это позволило увеличить число независимых каналов до 100 без существенного увеличения размеров устройства.
Во время семидневного непрерывного испытания температура криогенной камеры оставалась ниже 2,1 К — примерно −271 °C. Эффективность регистрации фотонов достигала 80%, при этом исследователи сообщили о крайне низком уровне ложных срабатываний. Испытание продолжалось круглосуточно, что также позволило проверить стабильность работы многоканальной системы. Такие характеристики важны для квантовых сетей, в которых нужно регистрировать слабые оптические сигналы, сохраняя содержащуюся в них квантовую информацию.
Для проверки в сетевом режиме исследователи построили систему распределения квантовой запутанности для пяти пользователей с десятью двунаправленными квантовыми каналами. Каждый участник получал фотоны через новые каналы детектора. Точность сохранения квантовой информации превысила 90%. Результаты опубликованы в журнале Laser & Photonics Reviews. Разработка может помочь масштабировать квантовые сети на основе оптоволокна.