Эксперт № 48 (2013)

— Устоявшегося варианта пока не придумали, но, как я уже сказал, сами мы называем их фотонными молекулами. Быть может, подобные эксперименты сегодня еще выглядят чересчур экзотическими, но у них уже вырисовываются заманчивые практические перспективы. По сути, достигнут фундаментальный физический предел, на котором может работать оптическая логика. Это очень важно как для дальнейшей практической реализации идеи квантового компьютера (последние лет пятнадцать—двадцать ученые упорно работают над созданием специальной нанофотонной логики), так и для классических оптических вычислителей и переключателей: чтобы последние были энергоэффективными, нужно достичь очень низких энергий действующих на них световых импульсов, то есть как раз уровня порядка нескольких масс фотонов.

Первые успешные эксперименты, проведенные в нашем гарвардском Центре холодных атомов (совместно с группой Владана Вулетича из Массачусетского технологического института), внушают большой оптимизм.

Еще одна интересная идея, также появившаяся у меня вскоре после осуществления первых опытов по остановке света, была связана с тем, чтобы попытаться использовать квантовую память в так называемых квантовых репитерах. Что это такое? Одна из важнейших составляющих наших исследований связана с изучением проблем передачи квантовой информации. Дело в том, что, если информация кодируется в одиночном фотоне, далее ее нельзя считать, не разрушив при этом исходную информацию. Иными словами, если вы детектируете такие фотоны, их состояние при этом сразу разрушается. И этот принцип, собственно, является ключевым для квантовой криптографии, занимающейся созданием таких закодированных линий связи, которые невозможно «подслушать». Причем, пожалуй, из всех квантовых технологий квантовая криптография в настоящее время — одно из наиболее продвинутых направлений. По крайней мере, уже можно купить криптографическую систему, позволяющую закодировать передаваемую информацию в отдельные фотоны и, используя обычное телекомовское оптоволокно, далее успешно доставить ее получателю. То есть это уже настоящая, работающая система, при помощи которой вы можете нормально передавать информацию.

Михаил Лукин (справа) уверен, что время коммерциализации квантовой физики наступило

Фото предоставлено Российским квантовым центром

—Актосейчасзанимаетсяразработкойтакихсистем?

— Есть уже несколько компаний. Одна из них в Швейцарии (ID Quantique), другая — в США, недалеко от нас в штате Массачусетс (MagicQ). Правда, пока о массовой продаже таких систем речь не идет — продаются лишь единичные экземпляры. Дело в том, что у квантовой криптографии есть одна фундаментальная проблема — длина, на которую можно посылать отдельные фотоны, очень ограниченна, уже после прохождения десяти—двадцати километров по оптоволокну такой закодированный одиночный фотон поглощается, и соответственно, пропадает и сама пересылаемая информация. Эта проблема существует и при передаче обычных, классических сигналов, но в случае со стандартными телекоммуникациями она решается благодаря тому, что можно поставить, условно говоря, через каждые сто километров специальные усилители сигналов. Такая схема усиления не работает для квантовых сигналов, поскольку мы имеем дело с одиночными фотонами и, вместо того чтобы их сохранить, при применении подобных усилителей в лучшем случае просто усилим сопутствующий шум.

Но есть другая возможность — использовать квантовый аналог такого стандартного усилителя упоминавшийся мной квантовый репитер, который работает, грубо говоря, в качестве прибора, исправляющего ошибки передачи информации. Исследования показали, что при помощи специального кодирования информации и так называемого квантового запутывания подобные квантовые репитеры сконструировать можно. А значит, передача квантовой информации на большие расстояния, до нескольких тысяч километров, реально осуществима.

—Относительнонедавнопоявилисьсообщения,чтовамудалосьсерьезнопродвинутьсявобластиквантовойспектроскопиивнаноразмерномдиапазоне…

— Это совершенно новый для нас вид деятельности, который мы начали серьезно развивать с середины прошлого десятилетия. К тому времени эксперименты с атомами уже довольно-таки хорошо работали, и мы стали задумываться о том, как можно сделать нечто похожее, используя уже твердотельную систему. И в какой-то момент выяснилось, что одной из таких систем могут стать примеси в алмазах. Хорошо известно, что алмаз сам по себе — уникальный материал, потому что, во-первых, он очень твердый, а во-вторых, у него очень широкая зона проводимости. Благодаря этому примесные атомы, в качестве которых мы обычно используем атомы азота, при имплантировании в алмаз оказываются очень хорошо изолированными от внешнего мира.