Исследователи Венского технического университета предложили повысить эффективность передачи фотонов между квантовыми битами с помощью специально спроектированных волноводов. Расчёты и компьютерное моделирование показали, что при идеальных условиях доля успешно поглощённых фотонов может достичь 100%. Результаты работы опубликованы 4 сентября 2026 года в журнале Physical Review Letters.
Передача одиночного фотона от одного кубита к другому остаётся ненадёжным этапом квантовых технологий. При использовании обычных методов принимающий кубит поглощает фотон примерно в 54% случаев. Это ограничивает развитие квантовых компьютеров, защищённой квантовой связи и будущих квантовых сетей.
Проблема связана с волновой природой фотона. Когда один кубит испускает фотон, тот распространяется не как маленькая частица, направленная из одной точки в другую, а как волна с определённой формой и протяжённостью. «Когда кубит испускает фотон, вы не должны представлять фотон как маленькую частицу, которую просто выбрасывают», — пояснил доктор Зею Куанг из Института теоретической физики Венского технического университета.
Учёные сравнили такое излучение со звуком колокола: сигнал сразу достигает максимума, а затем постепенно затихает. Для эффективного поглощения принимающим кубитом лучше подходит обратная форма импульса — с постепенным нарастанием до пикового значения. Именно такую перестройку волны можно получить во время прохождения фотона через волновод.
Предлагаемый подход основан на симметрии обращения времени — принципе квантовой механики, согласно которому идеальный процесс можно воспроизвести в обратном направлении. «Если кубит идеально испускает фотон с определённой формой волны, то обращённый во времени процесс показывает, какая форма позволит этому кубиту идеально поглотить фотон», — отметил Оливер Дикманн.
Внутри волновода разные частотные компоненты света могут двигаться с неодинаковой скоростью. Это явление называется дисперсией, и его можно контролировать, чтобы изменить форму фотонного импульса по пути к принимающему кубиту. «Мы рассчитали, как достичь этой цели, и смоделировали процесс на компьютере. Результаты показывают, что необходимая установка должна быть технически реализуема», — сказал профессор Карлос Гонсалес-Бальестерро. Работа пока не прошла экспериментальную проверку, однако моделирование указывает на возможность сделать передачу фотонов значительно надёжнее; источник новости — SciTechDaily.