Квантовый узел памяти — это крошечный алмаз с дефектом, который умеет хранить и испускать одиночные фотоны. Но его свет имеет длину волны 637 нанометров: такой же красный, как у рубина, и почти полностью поглощается уже через несколько метров стандартного оптоволокна. Для дальней связи нужен «переводчик», который перекрасит фотон в инфракрасный телекоммуникационный диапазон, где стекло почти прозрачно.
Учёные собрали компактный преобразователь частоты прямо в оптоволокне. Внутри — кристалл ниобата лития с периодической структурой, который работает как решётка: фотон на входе «скользит» по ней и выходит с длиной волны 1588 нанометров, пригодной для передачи на сотни километров. Устройство размером со спичечный коробок преобразует примерно каждый одиннадцатый фотон, а шум от накачки подавлен до 154 отсчётов в секунду — это тише, чем шёпот в пустой комнате.
Такой преобразователь — ключ к квантовому интернету. Авторы рассчитали, что даже после 100 километров волокна запутанность между спином азотной вакансии в алмазе и переданным фотоном сохранится с точностью выше 52 процентов. Это означает, что квантовые повторители можно строить из готовых волоконных компонентов, не прокладывая новые линии.
Свет с длиной волны 637 нанометров — это тот самый красный цвет, который мы видим в рубине, а 1588 нанометров уже невидим для глаза и находится в ближнем инфракрасном диапазоне, где оптическое волокно прозрачнее всего.
В сериале «Звёздный путь» для дальней связи используют подпространство, а здесь — всего лишь смену цвета фотона, но эффект тот же: информация долетает без потерь.