Создан квантовый светодиод, излучающий на телекоммуникационных длинах волн

Ученые разработали квантовый светодиод, который может излучать одиночные и пары фотонов в запутанном состоянии на телекоммуникационных длинах волн (около 1550 нм). Ожидается, что однофотонный источник, работающий на этой длине волны, станет ключевым компонентом будущих квантовых сетей, систем квантовой передачи данных на большие расстояния, устройств квантовой криптографии и других приложений.

Создание высокоэффективных однофотонных излучателей имеет важное значение для развития сетей квантовой связи. При этом такие элементы уже созданы и используются для проведения экспериментов. Например, в феврале стало известно о разработанном МФТИ светодиоде на карбиде кремния, который позволяет излучать миллиарды одиночных фотонов в секунду. Разные группы ученых уже заявляли о создании элементов, которые, хоть и излучают одиночные кванты света и пары запутанных фотонов, но, в основном, работают на коротких волнах, поэтому не подходят для использования в сфере оптоволоконной связи.

В работе, опубликованной исследовательской группой сотрудников Toshiba Research Europe Limited, Университета Шеффилда и Университета Кембриджа, решалась двойная задача. Кроме обеспечения испускания одиночных квантов света, а также пар запутанных фотонов, такой светодиод должен работать на определенных длинах волн, чтобы быть полезным для создания систем квантовой электросвязи (диапазоны O, E, S, C и L, составляющие от 1300 до 1600 нм).

Электромагнитный спектр и диапазоны для оптической передачи данных

Новый квантовый светодиод, созданный на базе фосфида индия, излучает одиночные световые кванты, которые с длиной волны около 1550 нм попадают в полосу С (1530-1565 нм). Другим преимуществом стала достаточно высокая рабочая температура (до 93 К), что значительно выше температурных режимов для других квантовых источников света. Это позволяет упростить интеграцию с существующими устройствами. Это новое квантовое однофотонное излучающее устройство планируется использовать в качестве материальной платформы для создания квантового телекоммуникационного оборудования.

Этапы изготовления и внешний вид светодиода

Но даже при таком значимом прорыве работа еще далека от завершения. Исследовательская группа намерена оптимизировать свой квантовый светодиод с точки зрения эффективности, размера и рабочей температуры, чтобы подготовить его к прямой интеграции в существующие квантовые сети.