Лазер на кристалле ниобата лития оживает от тока в 40 миллиампер. Его свет делится на два ручейка, каждый проходит через шестимиллиметровый волновод, и там рождаются пары фотонов-близнецов. Один ручеёк поворачивает поляризацию своих близнецов, после чего оба потока сливаются в общее русло. На выходе — квантовая фабрика на ладони: 45 миллиардов запутанных пар в секунду при мощности всего 18.8 микроватт.

Запутанные фотоны — рабочие лошадки квантовых технологий: они нужны для вычислений, защищённой связи и сверхчувствительных измерений. Большинство современных источников требуют громоздкого внешнего лазера для оптической накачки, что мешает масштабированию. Здесь лазер и нелинейный материал живут на одном кристалле, а поляризационный ротатор-объединитель изготовлен тем же техпроцессом, что и волноводы. До этой работы электрически накачанные источники на чипе были либо тусклыми, либо узкополосными, либо не давали поляризационной запутанности.

Теперь запутанность можно получать без внешней оптики: достаточно подать ток. Это шаг к полностью автономным квантовым системам на чипе. Следующий рубеж — полная монолитная интеграция: перенос лазера на тот же чип через wafer bonding или микроперенос, чтобы убрать стыковку и повысить эффективность ввода света. Дальше можно интегрировать модуляторы, фильтры и детекторы на той же платформе ниобата лития, создав квантовый чип «всё в одном». Мультиплексирование по длинам волн откроет путь к многоканальным источникам для квантовых сетей.

Квантовая фабрика на ладони уже сегодня способна выдавать запутанные пары для квантового распределения ключей с мультиплексированием по длинам волн и для спутниковой квантовой связи. Осталось научиться упаковывать на тот же кристалл детекторы и управляющую электронику — и тогда квантовые коммуникации станут по-настоящему портативными.