В качестве источника запутанных фотонов в эксперименте использовался нелинейный кристалл титанил-фосфата калия с периодической доменной структурой. На него подавались пикосекундные импульсы света, которые генерировал титаново-сапфировый лазер. В результате в кристалле рождались запутанные пары фотонов, которые физики отправляли в два разных оптических канала.
В одном из них свет подвергался 20-кратному ослаблению с помощью затемнённого стекла, в результате чего уровень запутанности падал почти до нуля. Это соответствует уровню потерь в 65 километрах обычного оптоволоконного кабеля.
После этого учёные подвергали этот канал особой процедуре усиления, восстанавливающей квантовые свойства света до тех, которые имели место до потерь. Процедура заключается в смешивании светового импульса в канале со «вспомогательным» одиночным фотоном на светоделительной пластине – частично пропускающем свет зеркале. На одном из выходов светоделителя ставился детектор одиночных фотонов. Если этот детектор «щёлкает», это означает, что фотон как вошёл в делитель, так и вышел. При этом в силу квантовой интерференции состояние второго входного импульса светоделителя меняется в сторону «усиления» его квантовых свойств.
Исследователи назвали обнаруженное явление квантовым катализом, потому что «вспомогательный» фотон, подобно химическому катализатору, сам в реакции не участвует, но меняет состояние света в другом канале.
Результаты учёных РКЦ могут найти применение в создании квантового повторителя – устройства, способного восстанавливать потери квантовой информации при передаче по оптоволоконным линиям связи. Работа российских физиков расширяет возможности квантовой связи и квантовой криптографии.