Исследователи предложили использовать временную линзу для обработки однофотонных сигналов пикосекундного масштаба. Новая технология поможет в создании систем распределенных вычислений и квантовых ключей для шифрования данных. Инженеры из Колумбийского университета использовали временную линзу для наблюдения за одиночными фотонами.

В своей статье, опубликованной в журнале Optica, исследователи показали, что с помощью этой технологии можно повысить временное разрешение детектора одиночных фотонов в 70 раз.

Лазер — это сфокусированный луч огромного количества фотонов, колеблющихся в пространстве с определенной частотой, объясняют ученые. С помощью временной линзы физики могут различать отдельные частицы света быстрее, чем когда-либо прежде.

Обычное увеличительное стекло может увеличивать некоторые пространственные явления, которые вы иначе не смогли бы увидеть, точно также с помощью временной линзы вы можете различать детали во временном масштабе, – Чайтали Джоши, исследователь из Колумбийского университета и соавтор работы.

Экспериментальная установка, разработанная учеными, состоит из двух лазерных лучей, которые «смешиваются» с сигнальным фотоном, чтобы создать еще один пакет света на другой частоте. С помощью временной линзы физики идентифицируют отдельные фотоны в составе луча с пикосекундным разрешением.

Физики считают, что однофотонные импульсы в четко определенных временных режимах идеально подходят для приложений, требующих активной синхронизации во временной области, таких, например, как распределение квантовых ключей и распределенные вычисления.

Исследователи отмечают, что созданная ими установка может не только наблюдать за одиночными фотонами, но и управлять их спектрами, изменяя траекторию движения. Эта технология понадобится для построения квантовых сетей связи. Как объясняют авторы работы, в такой сети все узлы должны иметь возможность «общаться» друг с другом. Если эти узлы — фотоны, для работы связи нужно, чтобы их спектральные и временные полосы пропускания совпадали.

Исследователи продолжат работу над установкой, чтобы добиться еще более высокого разрешения. Кроме того, ученые хотят перейти от использования оптических волокон к фотонному чипу, в который будет интегрирована временная линза.