Жидкие кристаллы могут улучшить устройства квантовой связи

Квантовый свет является ключом к футуристическим квантовым технологиям, но исследователи создают его таким же образом уже 60 лет – теперь жидкие кристаллы предлагают более простой способ его производства.

Свет с квантовыми свойствами имеет решающее значение для многих будущих технологий. Запутанные частицы в таком свете могут помочь создать сети квантовой связи для поддержки неуязвимого Интернета или методов квантовой визуализации для биомедицины. Матьяж Хумар из Института Йожефа Стефана в Словении говорит, что, несмотря на эти передовые применения, методы получения квантового света почти не изменились за шесть десятилетий – до сих пор. Он и его коллеги разработали способ его создания с помощью жидких кристаллов.

Член команды Виталий Султанов из Института Макса Планка в Германии говорит, что традиционно исследователи воздействуют на специальные кристаллы лазерами, чтобы заставить их излучать квантовый свет. При использовании этого метода структура кристалла определяет свойства излучаемого им света, что затем определяет, как его можно использовать. Единственный способ изменить эти свойства — повторить эксперимент с новым кристаллом, что дорого, трудоемко и непрактично.

Чтобы обойти это, исследователи использовали жидкий кристалл — вещество, состоящее из молекул в форме стержней, которые могут как течь, как жидкость, так и принимать особые формы, как более традиционный кристалл. Подвергая жидкий кристалл воздействию электрических полей, они смогли изменить его структуру – и, следовательно, свойства квантового света, который он излучает при воздействии лазеров.

«В этом плане жидкий кристалл — идеальный материал», — говорит Султанов.

В ходе нескольких экспериментов его команда обнаружила, что жидкий кристалл гораздо более настраиваемый, чем твердый, и почти так же эффективен в производстве света, полного запутанных частиц.

«Хотя образующиеся фотоны, возможно, можно было бы генерировать с помощью традиционных кристаллов, настраиваемая запутанность не могла бы этого сделать», — говорит Майлз Пэджетт из Университета Глазго в Великобритании. «Эти достижения могут стать революционными с точки зрения применения в квантовой визуализации, коммуникации и зондировании».

Мария Чехова, также работающая в Институте Макса Планка, говорит, что, если жидкие кристаллы будут использоваться в устройствах квантовой связи, они смогут облегчить передачу информации по нескольким каналам одновременно. Это связано с тем, что кристалл можно настроить на производство света с квантовыми состояниями, способными кодировать большое количество информации во многих своих свойствах.