Это достижение, опубликованное в Physical Review Letters, может проложить путь к более безопасной передаче данных и квантовым технологиям следующего поколения.

Квантовая информация может храниться в точном хронометражном режиме отдельных фотонов, которые являются крошечными частицами света.

Однако традиционные методы могут потребовать чрезвычайно сложных и нестабильных методов измерения для определения этого времени прибытия, что делает практическое применение громоздким и утомительным.

Новое исследование, совместно проведенное исследователями Университета Гриффита доктором Саймоном Уайтом и доктором Эмануэле Полино из Лаборатории квантовой оптики и информации (QOIL) Квинслендского научно-исследовательского института квантовых и передовых технологий Гриффита (QUATRI), представляет более простой и стабильный подход, использующий квантовый эффект, называемый Хонг-Оу-Мандель (HOM) интерференция, которая точно измеряет время прохождения фотонов без обычных технических проблем.

Интерференция HOM возникает, когда два идентичных фотона встречаются в светоделителе, и квантовые эффекты заставляют их вести себя особым образом.

"Думайте об этом как о вселенской версии неловкого рукопожатия, которое на самом деле приводит к чему-то полезному", - сказал доктор Уайт.

Этот эффект использовался во многих квантовых приложениях, но теперь исследователи успешно применили его к квантовому кодированию временных интервалов, которое представляет собой метод хранения информации во времени поступления фотонов.

"Фотоны являются идеальными носителями квантовой информации, и кодирование информации во время прибытия фотона - отличный способ отправить квантовое сообщение", - сказал доктор Уайт.

"Мы показываем, как упростить измерение этих сообщений, чтобы детекторам не нужно было определять индивидуальное время поступления; вместо этого нам нужно только наблюдать помехи".

Чтобы еще больше усовершенствовать этот метод, команда объединила интерференцию HOM с методом, известным как квантовое блуждание, который описывает движение одиночных фотонов по разным траекториям во времени.

Эта комбинация позволяет генерировать и измерять квантовые сигналы высокой размерности, называемые кудитами.

В отличие от классических битов, которые могут быть только 0 или 1, или обычных кубитов, которые могут находиться в комбинациях 0 и 1 одновременно, кудиты - это единицы квантовой информации, принимающие более двух возможных значений.

Эта функция может значительно увеличить объем информации, которая может быть обработана и передана, и может помочь обеспечить надежность защищенных коммуникаций.

"С помощью оптических экспериментов наша команда продемонстрировала надежность как методов генерации состояния, так и методов измерения, которые масштабируются за пределы двух измерений, и мы достигли впечатляющей точности - более 99%", - сказал доктор Полино.

Кроме того, исследовательская группа Гриффита успешно продемонстрировала, как их протокол генерирует квантовую запутанность - ключевое квантовое явление, при котором свойства сильно коррелируют - между различными свойствами одиночных фотонов.

"Запутанность - ключевое свойство квантовой механики", - сказал доктор Полино.

"Демонстрация наличия запутанности важна, поскольку она дает представление о том, как эти квантовые свойства могут быть использованы в будущем".

"Отправка защищенных квантовых сигналов - сложная задача, но кодирование с использованием временных кодировок делает эту задачу проще и надежнее", - заключает доктор Уайт.

"Улучшая стабильность, универсальность и простоту квантового кодирования с временными интервалами, этот прорыв приближает нас к масштабируемым квантовым технологиям.

"Эта работа помогает нам лучше понять основополагающие свойства квантовых частиц и открывает новые возможности для безопасной коммуникации, продвинутого квантового моделирования и квантовых приложений в реальном мире. И, честно говоря, мы считаем, что это очень важно".