В ходе одной из последних работ, которая должна была продемонстрировать, что теоретические предположения верны и могут быть осуществлены на практике, учёные из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA)попробовали задействовать не только спин фотона, но и энергию частицы.

Физики в ходе экспериментов фактически удвоили "пропускную способность" метода. Для этого они переслали пары фотонов в виде бифотонного частотного гребня (frequency comb), то есть серии отдельных импульсов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга на шкале частот (свет, напомним, имеет также волновую природу, а волна характеризуется среди прочего частотой).

Учёные из США проделали с фотонами тот же фокус, что и инженеры, пересылающие сразу несколько сигналов по одному и тому же оптическому волокну, а именно получили квантовый аналог спектрального уплотнения каналов. Последний работает на макроуровне, второй, как выяснилось теперь, на микроуровне.

"Мы показали, что оптический частотный гребень можно создать и на уровне одного фотона", — сообщает Чжэньда Се (Zhenda Xie), доцент UCLA.

Добавим, что саму такую возможность рассматривал в своей теоретической работе профессор Джеффри Шапиро (Jeffrey Shapiro) из MIT. Однако только недавно появилась возможность проверить на практике правоту знаменитого физика — при помощи ультрабыстрых лазеров и столь же скоростных детекторов фотонов, а также некотрых других современных технологических решений.

"Мы рады подтвердить созданный много лет назад теоретический прогноз профессора Шапиро, — говорит ведущий автор исследования доцент Чэ Вэй Вун (Chee Wei Wong) из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе. — Используя высокоточные детекторы отдельных фотонов, доктор Се смог подтвердить наличие запутанности фотонов с многомерными степенями свободы и несколькими измерениями". Это в свою очередь означают, что существует новый безопасный способ для обработки и передачи более плотного потока информации.

В дальнейшем результаты этого исследования будут проверены, подтверждены и, вероятно, воспроизведены другими независимыми командами учёных. В этом случае физикам придётся перейти с понятия кубита на понятие куdита (qudit), где d будет означать количество возможных характеристик запутываемых фотонов. А это уже совершенно иные пространства и объёмы передаваемых зашифрованных данных.

Кроме обычных на сегодня применений в безопасных коммуникациях и системах обработки информации такая технология может быть использована на медицинских и финансовых серверах, обрабатывающих огромное количество данных, в государственных учреждениях, на секретных военных коммуникационных каналах, в распределённых квантовых вычислениях или в квантовых облаках.

Подробно об этом исследовании и его теоретических основах рассказываетстатья, вышедшая в журнале Nature Photonics.