Микроволновые фотоны — это элементарные частицы, формирующие сигналы, которые используются для беспроводной связи и зондирования. Один микроволновый фотон можно разделить на два сильно коррелированных фотона с помощью устройства, называемого джозефсоновским переходом. Такие связанные микроволновые фотоны могут применяться, например, в системах защищенной связи или высокоэффективных радиолокационных системах. Однако для эффективной работы сверхпроводящих схем джозефсоновского перехода необходима температура ниже -273 градусов Цельсия — как правило, внутри громоздкой, дорогостоящей и энергоемкой криогенной установки.

Устройство, предложенное специалистами Массачусетского технологического института, представляет собой металлический резонатор, внутрь которого помещена магнитная пленка. Когда в эту систему подается микроволновый фотон, он порождает в магнитной пленке пару коррелированных магнонов. Обычно эти магноны имеют одинаковую частоту и их нельзя разделить. Однако для того, чтобы один сигнал можно было использовать как передатчик, а другой — как приемник, магноны должны быть разделены.

Соединив магнитную пленку с микроволновым резонатором и точно регулируя энергию, подаваемую в устройство, исследователи смогли сформировать гибридные магнон-фотонные волны.

Они генерируют пару синхронизированных сигналов с различными микроволновыми частотами. Сигналы остаются сильно коррелированными, но, поскольку их частоты всегда различны и случайны, злоумышленник не может восстановить информацию, закодированную в одном сигнале, не имея соответствующего сигнала для использования в качестве ключа.

В качестве демонстрации технологии исследователи закодировали небольшое изображение в частотной модуляции одного из сигналов. И смогли с успехом расшифровать его и извлечь информацию, сообщает MIT News.

«Мы полагаем, что эта демонстрация может послужить основой для таких технологий, как квантовая радиолокация, защищенная связь и сенсорика с предельной квантовой чувствительностью; все они опираются на использование источников микроволнового излучения с коррелированными — и, в конечном счете, запутанными — состояниями», — сказал Лю Луцяо, один из авторов работы.

Кроме того, гибридная магнон-микроволновая система может найти применение в помехоустойчивых системах связи или в моделировании сложных квантовых систем.

Современные квантовые технологии требуют колоссальных затрат энергии — сверхнизких температур и мощнейших лазеров. Канадские исследователи показали, что одно из ключевых квантовых явлений — запутанность фотонов — можно создавать не только с помощью дорогих лазеров, но и используя обычный солнечный свет.