Обычное оптоволокно — это не просто стеклянная нить для интернета. В квантовых сетях оно может стать каналом для передачи неуловимой связи между частицами, которую называют запутанностью. Но чтобы её создать, нужен источник пар фотонов, рождённых в одном событии и согласованных по поляризации. Авторы новой работы поместили кристаллическую плёнку дисульфида молибдена (3R-MoS₂) прямо между двумя стандартными оптоволоконными коннекторами. Когда в такую структуру посылают лазерный луч накачки, в плёнке происходит спонтанное параметрическое рассеяние: один фотон накачки распадается на два запутанных фотона с меньшей энергией, которые тут же уходят в волокно.
Главная хитрость — в симметрии кристалла. У 3R-MoS₂ есть выделенные направления, вдоль которых рождаются пары с определённой поляризацией. Меняя поляризацию лазера накачки, можно переключаться между разными квантовыми состояниями пары. Так удаётся получить два из четырёх максимально запутанных состояний Белла, а также полностью сонаправленные по поляризации пары. Это напоминает настройку радиоприёмника: вместо того чтобы крутить ручку частоты, экспериментатор поворачивает поляризацию накачки — и на выходе появляется нужный «канал» запутанности.
Раньше для подобной настройки требовались громоздкие схемы с дополнительными линзами, кристаллами и точной юстировкой. Здесь же весь источник умещается в стандартном оптоволоконном разъёме. Это важный шаг к тому, чтобы квантовая связь стала такой же компактной и удобной, как привычные лазерные модули.
Дисульфид молибдена — слоистый материал, похожий на графит: его можно расщеплять на плёнки толщиной в один атом. Именно в такой тонкой форме он проявляет необычные оптические свойства, включая эффективную генерацию фотонных пар.