Появление крупномасштабной рабочей квантовой сети откроет новые горизонты квантовых вычислений, коммуникации и метрологии. Одна из главных задач на этом пути — увеличение расстояния связи до практически значимых величин. В отличие от классических сигналов, которые можно усиливать без помех, квантовые состояния нельзя клонировать без последствий. Поэтому требуются не только квантовые каналы и память с чрезвычайно низкими потерями, но и производительные квантовые источники света.

Препятствием на этом пути стало отсутствие однофотонных излучателей, пишет Phys.org. От однофотонного источника требуется, чтобы он излучал только один фотон за раз, имел высокую эффективность системы и частоту повторений, а также — для осуществления квантовой телепортации — отдельные фотоны должны быть неотличимыми. Дополнительные пожелания: масштабируемость, настраиваемая и узкополосная ширина линии, соединяемость с разными типами кубитов.

Хорошим потенциалом обладают квантовые точки, полупроводящие частицы в несколько нанометров величиной. Однако за последние 20 лет видимость квантовой интерференции между независимыми квантовыми точками редко превосходила лимит в 50%, а расстояние не превышало нескольких метров или километров.

Команда специалистов из разных стран получила отдельные фотоны из квантовых точек, спаренных с микрополостями. Для исключения негомогенности и сдвига длины волны эмиссии в телекоммуникационную полосу они применили конверсию квантовой частоты.

В итоге наблюдаемая интерферометрическая видимость поднялась до 93%. По словам старшего исследователя, профессор Лю Чаояна из Научно-технического университета Китая, дальнейшие усовершенствования могут увеличить дистанцию приблизительно до 600 км.

«По сравнению с прежними экспериментами с квантовыми точками наша работа совершила значимый скачок с 1 км до 300 км, на два порядка, и открыла, таким образом, поразительные перспективы для твердотельных квантовых сетей», — заявил профессор Лю.

Квантовые точки находят все более широкое применение, от телевизоров до солнечных элементов, но массовое производство тормозит высокая стоимость и вред для окружающей среды. Специалисты из Университета Хиросимы нашли способ решения этих проблем, разработав механизм переработки рисовой шелухи для изготовления первых в мире кремниевых светодиодов с квантовыми точками.