Квантовые технологии обещают революцию в связи и радиолокации, но их внедрение долго сдерживалось суровыми техническими условиями: для работы большинства систем требовались экстремально низкие температуры и громоздкое охлаждающее оборудование. Исследователи из Массачусетского технологического института предложили решение, способное сделать такие технологии заметно практичнее.

В перспективе технология может лечь в основу квантовых симуляторов — устройств, моделирующих сложное поведение субатомных частиц © ith-group.ru   

Команда под руководством доцента Луцяо Лю создала компактное устройство, генерирующее высококоррелированные микроволновые сигналы при комнатной температуре. В основе разработки — магнитная пленка, помещенная в микроволновый резонатор (металлическую полость, удерживающую электромагнитную энергию). Система разделяет один входящий сигнал на два синхронизированных потока с разными частотами. Это важно для защищенной передачи данных: по отдельности сигналы выглядят как случайный шум, но их фазовые соотношения остаются строго связанными, и только парный сигнал может служить ключом для расшифровки информации.

"Сам по себе каждый сигнал выглядит случайным, но их фазовые соотношения остаются сильно коррелированными", - отметил Цююань Ван, аспирант кафедры электротехники и компьютерных наук Массачусетского технологического института и ведущий автор работы.

Для демонстрации возможностей платформы ученые закодировали небольшое изображение в частоте одного сигнала и успешно восстановили его с помощью парного сигнала. Такой принцип открывает перспективы для создания 

В основе разработки — магнитная пленка, помещенная в микроволновый резонатор (металлическую полость, удерживающую электромагнитную энергию) Nature Electronics

Ключевым достижением стало преодоление проблемы спектрального перекрытия: ранее генерируемые в магнитных системах связанные сигналы имели одинаковую частоту и не поддавались разделению. Исследователи использовали эффект отталкивания уровней, возникающий из‑за взаимодействия магнонов (частиц магнитной энергии) с микроволновыми фотонами, чтобы развести два магнона по частоте. Так появилась возможность использовать один сигнал для передачи, а другой — как ключ для декодирования.

В перспективе технология может лечь в основу квантовых симуляторов — устройств, моделирующих сложное поведение субатомных частиц. Такие симуляторы востребованы, например, при поиске новых лекарств и материалов. Работа опубликована в журнале Nature Electronics.

Новая платформа обещает не только снизить затраты и упростить масштабирование квантовых систем, но и расширить спектр их практического применения — от защищенной связи до интеллектуального зондирования. В ближайших планах команды — разработка масштабируемой архитектуры и изучение новых областей использования технологии.