Учёные Венского технического университета предложили способ повысить эффективность передачи одиночных фотонов между кубитами с помощью специально созданных волноводов. Расчёты и компьютерное моделирование показали, что при идеальных условиях такой подход способен довести поглощение фотона принимающим кубитом до 100%. Сейчас при традиционных методах этот показатель составляет около 54%.
Надёжная передача фотона необходима для квантовых компьютеров, защищённой квантовой связи и будущих квантовых сетей. Исследователи предлагают изменять форму световой волны во время движения фотона от одного кубита к другому. Работа специалистов TU Wien опубликована SciTechDaily.
Проблема связана с тем, что фотон нельзя рассматривать как маленькую частицу, летящую между двумя точками. Его волновая форма влияет на вероятность успешного поглощения. «Когда кубит испускает фотон, вы не должны представлять фотон как маленькую частицу, которую просто выбрасывают», — сказал доктор Зею Куанг из Института теоретической физики TU Wien. «Фотон — это волна, а у волны есть определённая форма и определённая протяжённость».
Учёные сравнили излучение фотона с ударом по колоколу: звук сначала возникает резко, а затем постепенно затихает. Похожим образом выглядит волна, испускаемая кубитом, однако для поглощения другим кубитом такая форма подходит плохо. Гораздо эффективнее был бы импульс, который сначала нарастает, достигает максимума, а затем изменяется.
Для получения нужной формы команда использовала принцип обращения времени в квантовой механике. «Это следует из симметрии обращения времени в квантовой механике», — объяснил Оливер Дикманн. «В идеальных условиях квантовая динамика обратима. Если кубит идеально испускает фотон с определённой формой волны, обращённый во времени процесс показывает, какую волну этот кубит способен поглотить идеально».
Изменять форму импульса предлагают с помощью оптического волновода с заданными характеристиками дисперсии. В таком устройстве компоненты света разных частот могут распространяться с различной скоростью, поэтому параметры волновода позволяют преобразовать фотон во время передачи. Профессор Карлос Гонсалес-Бальестерос отметил: «Мы рассчитали, как можно достичь этой цели, и смоделировали процесс на компьютере. Наши результаты показывают, что необходимая установка должна быть технически осуществимой. Этот пассивный подход способен значительно улучшить поглощение фотонов кубитами и тем самым повысить эффективность многих квантовых технологий». Экспериментальная проверка метода ещё не проводилась, а результаты исследования опубликованы 4 сентября 2026 года в журнале Physical Review Letters в статье «Passive Quantum State Transfer in a Dispersion-Engineered Waveguide».