Квантовые коммуникации являются одной из наиболее актуальных областей квантовых технологий. Они открывают путь к развитию множества потенциальных практических приложений, в том числе, к созданию безопасного квантового интернета. Однако, принципиальной проблемой на этом пути становится малая дальность квантовых коммуникационных сетей, которая ограничивается затуханием света в оптоволокне. Для решения проблемы затухания используются промежуточные пункты – узлы, включающие т.н. квантовые повторители, ключевым элементом которых является квантовая память, позволяющая сохранить и впоследствии извлечь свет с сохранением его квантового состояния. Преимуществом квантовых повторителей является то, что даже при наличии у злоумышленника доступа к узлу он не сможет перехватить пересылаемую информацию, что делает квантовые повторители абсолютно защищёнными.

Для реализации квантовой памяти сотрудниками отдела нелинейной электродинамики ИПФ РАН был выбран кристалл ортосиликата иттрия (Eu:YSO). Благодаря своим когерентным свойствам, он является одной из наиболее перспективных сред для хранения квантовой информации. Однако, материал кристалла обладает способностью проявлять различные свойства поглощения в зависимости от поляризации падающего излучения (это свойство материала называется анизотропией), что представлялось проблемой, поскольку использование фотонов разных поляризаций является одним из наиболее привлекательных методов кодирования квантового состояния.

Работа была выполнена в рамках проекта «Разработка системы квантового распределения ключа с квантовым повторителем на основе оптической памяти», финансируемого ОАО РЖД в соответствии с «дорожной картой» развития высокотехнологичной области «Квантовые коммуникации».

На снимке – фотография криостата с кристаллом Eu:YSO, в котором реализована квантовая память. Видны четыре прохода лазерного излучения через кристалл.

Пресс-центр ИПФ РАН