НАНОАНТЕННА КАК КВАНТОВЫЙ ИНТЕРФЕЙС МЕЖДУ ФОТОНОМ И NV ЦЕНТРОМ

Стремительная информатизация общества, происходящая в течение последних двух десятилетий, поставила перед исследовательским сообществом новые задачи. В области защиты информации возникло новое направление — квантовая криптография, в основе которой лежат представления о квантово-механическом устройстве микромира. Однако, переход от лабораторных исследований к практическому коммерческому применению систем квантовой криптографии требует разработки средств их адресации и способов управления ими. Эти средства предполагают использование квантовых источников излучения одиночных фотонов.
Работа с одиночной квантовой системой включает несколько этапов: приведение системы в определённом начальном состоянии, проведение операций над системой и считывание конечного состояния системы. Для эффективного выполнения этих операций требуется разработка вспомогательной инфраструктуры (интерфейс) предназначенной для управления электромагнитным полем и воздействия на квантовый объект.
В настоящее время наиболее перспективным кандидатом на роль излучателя одиночных фотонов является центр азот-вакансия в алмазе (NV-центр). Оптическое управление NV-центром осуществляется при помощи лазерного излучения. Импульсами лазера производится инициализация электронного спина в определенном состоянии с последующим считыванием его состояния по уровню сигнала фотолюминесценции. Промежуточные операции с системой производятся при помощи микроволновых и магнитных полей.
Существует несколько экспериментальных решений сбора излучения от одиночного NV-центра, таких как применение алмазных нанопроводов, апертур в металлизированном покрытии или наноантенн. Последнее решение является наиболее перспективным для задач квантовой криптографии, поскольку использование наноантенн может оказывать влияние на динамику распада возбужденного состояния излучателя, улучшать характеристики направленности излучения, а также модифицировать пространственно-угловую разрешающую способность детектирующей системы.
Ученые из Международной лаборатории «Нанофотоники и Метаматериалов» Университета ИТМО (Санкт-Петербург, Россия) совместно с учеными из Австралийского Национального Университета (Канберра, Австралия) решили проблему эффективного сбора излучения от одиночного NV центра путем конструирования специальной диэлектрической оптической наноантенны.