Группа физиков из США представила компактную электронную платформу, способную генерировать пары высококоррелированных радиочастотных сигналов при комнатной температуре. Эта разработка устраняет одно из главных ограничений, препятствовавших внедрению определенных квантовых и микроволновых технологий в практические приложения, — необходимость в дорогостоящем и громоздком криогенном оборудовании.
В квантовых системах связанные, или коррелированные, микроволновые сигналы традиционно получают с помощью сверхпроводящих элементов, так называемых джозефсоновских переходов. Однако такие цепи сохраняют свои свойства только при температурах, близких к абсолютному нулю, что делает их эксплуатацию энергозатратной и ограничивает масштабируемость.
Предложенное решение основано на использовании магнитных материалов. Устройство представляет собой металлический резонатор, внутри которого размещена магнитная пленка. При подаче микроволновой энергии в этой гибридной системе возникают квазичастицы — магноны, которые взаимодействуют с фотонами. В результате один исходный сигнал расщепляется на два выходных сигнала с разными, но строго синхронизированными частотами. При этом каждый из них по отдельности выглядит как случайный шум, однако их фазовые соотношения остаются взаимосвязанными.
Основным преимуществом является то, что оба сигнала имеют различные частоты, что позволяет использовать один из них для передачи закодированной информации, а второй — в качестве ключа для ее расшифровки на приемной стороне. В ходе эксперимента ученые успешно закодировали небольшое изображение в одном из сигналов и восстановили его с помощью парного сигнала, продемонстрировав тем самым возможность защищенной связи.
Помимо криптографических приложений, авторы работы указывают на потенциал платформы для создания квантовых симуляторов, работающих без сверхнизких температур, а также для разработки радарных систем с повышенной чувствительностью и устойчивостью к помехам. Подобные коррелированные микроволновые источники могут найти применение в аппаратной генерации случайных чисел и в области интеллектуального зондирования.
В настоящее время команда планирует масштабировать предложенную архитектуру и продолжить изучение физических процессов, лежащих в основе генерации связанных сигналов в гибридных магнон-фотонных системах.
Читайте также: Искусственный нейрон ЛЭТИ преодолеет «бутылочное горлышко» архитектуры фон Неймана