Квантовая запутанность, явление, которое Альберт Эйнштейн называл «призрачным действием на расстоянии», заключается во взаимосвязи двух или большего количества квантовых частиц. Несмотря на разделяющее эти частицы расстояние, которое может быть сколь угодно большим, изменение состояния одной из частиц моментально отражается изменением состояния других запутанных частиц. И когда в квантовой запутанности задействованы фотоны света, появляется масса интересных дополнительных возможностей, включая запутывание не только поляризации фотонов, но также и их частот, что можно использовать для расширения полосы пропускания.

До последнего времени большинство устройств, способных генерировать широкополосные потоки запутанных фотонов, при помощи кристаллов с переменными или нелинейными оптическими свойствами, генерируют отдельные потоки пар запутанных фотонов, имеющие определенную частоту. И после генерации эти потоки собираются в один широкополосный поток.

«Этот метод довольно неэффективен, в его работе всегда присутствует зависимость между яркостью выходного потока и «чистотой» запутанных фотонов» — пишут исследователи из университета Рочестера, — «Поэтому всегда приходится искать компромисс, балансируя между этими двумя показателями. Но нам удалось полностью избежать этого за счет использования нового способа генерации фотонов, и мы получили поток запутанных фотонов с рекордной на сегодняшний день шириной полосы и рекордным уровнем яркости».

Добиться описанного чуть выше ученым удалось при помощи разработанного ими тонкопленочного нанофотонного устройства, изготовленного из ниобата лития. Конструкция устройства представляет собой волновод с электродами на его обоих концах. Толщина пленки, из которой изготовлен волновод, составляет всего 600 нанометров, а ширина волновода подобрана так, чтобы соотношение толщины к площади сечения было около одного к миллиону. Точность изготовления волновода играет здесь главную роль, так как отклонение даже в несколько нанометров может вызвать существенные изменения в фазе и скорости распространения фотонов, проходящих через такой волновод.

Но, в конечном итоге, нанофотонное устройство, изготовленное с соблюдением всех допусков, позволяет получить точный контроль над шириной полосы потока генерируемых запутанных пар фотонов.

К сожалению, пока технологии нанопроизводства, способные работать с ниобатом лития, находятся на самом раннем этапе их развития, хотя этот материал уже не раз демонстрировал свой потенциал в самых различных областях. И новые генераторы широкополосных пар запутанных фотонов смогут появиться в коммуникационном оборудовании лишь тогда, когда технологии нанопроизводства станут более совершенными, а значит, производство таких устройств будет обходиться намного дешевле, чем в нынешнее время.