В МФТИ придумали, как создать быстрый квантовый интернет

Материал испускает фотоны "В ответ" на электрические импульсы.

Иллюстрация МФТИ.

Квантовые компьютеры взломают все нынешние шифры, но обеспечат собственную безопасную связь.

(иллюстрация Centre for Quantum Technologies, National University of Singapore).

Команда Дмитрия Федянина из МФТИ разработала светодиод, способный излучать несколько миллиардов одиночных фотонов в секунду. Работа российских физиков поможет сделать квантовые линии связи такими же быстрыми, как и классические. Научная статья опубликована в журнале npj Quantum Information.

Квантовый компьютер может сниться в ночных кошмарах любому, у кого есть деньги на банковских счетах или конфиденциальная информация в базах данных. Ожидается, что такая машина сможет взломать любые современные шифры за доли секунды.

К счастью, квантовая физика сама же и подсказывает решение. Речь идёт о квантовой криптографии. В этом случае безопасность информации зиждется не на алгоритмах шифрования, а на нерушимом физическом законе: невозможно считать с квантовой системы её состояние, не воздействовав на него. Подключившись к такой линии связи, злоумышленник сразу же изменит те данные, которые пытается прочитать. Адресат заметит это и примет меры.

Однако столь умиротворяющая картина возможна только в том случае, если квантовое состояние передаётся посредством одиночного фотона. Если источник излучает сразу несколько фотонов в одном состоянии, то "шпион" сможет считать информацию с одного из них, а адресат "прочтёт" другой, нетронутый, и ничего не заметит. Следовательно, необходима технология излучения одиночных фотонов.

Квантовые компьютеры взломают все нынешние шифры, но обеспечат собственную безопасную связь.

Как известно, квантовая система излучает фотон, когда переходит из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией. Остаётся найти систему, удобную в практическом применении. Вот здесь и зарыта собака. Одни вещества "работают" в качестве таких излучателей только при очень низких температурах (порядка минус двухсот по Цельсию), другие не могут обеспечить нужное быстродействие.

"В 2014 году мы практически случайно обратили внимание на карбид кремния и сразу же высоко оценили его потенциал," – рассказывает Федянин.

Ирония судьбы в том, что с этого вещества когда-то начиналась оптоэлектроника. Ещё 1920-е годы зажглись первые в мире светодиоды, и светился в них именно карбид кремния. Вообще, он стал первым веществом, в котором наблюдалась электролюминесценция (свечение при пропускании электрического тока). Однако в 1980-е он был полностью вытеснен более современными материалами и практически забыт.

Похоже, ныне вещество обретает на ниве оптоэлектроники вторую жизнь. Федянин и его коллеги исследовали физику испускания одиночных фотонов этим материалом и разработали теорию, которая объясняет и точно воспроизводит экспериментальные результаты. Используя эту модель, исследователи показали, как улучшить светодиод, чтобы он испускал миллиарды одиночных фотонов в секунду. А именно это и требуется для связи со скоростью порядка одного гигабита в секунду.

Более того, такой элемент совместим с пакетом технологий, известным как КМОП (комплементарная структура "металл-оксид-полупроводник"). А именно этот комплекс технологических решений используется для производства большинства современных микросхем. Так что дать изобретению путёвку в жизнь будет относительно просто.

Напомним, что "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали о созданном в России рекордно качественном усилителе сигнала для квантового компьютера. Рассказывали мы и о квантовом генераторе случайных чисел, и о новых алгоритмах квантового шифрования.