Квантовите компютри и комуникационните устройства работят чрез кодиране на информация в отделни или
Какво представляват qubits и qudits?
Обикновено квантовите комуникационни системи "записват" информация за ъгловия момент на фотоните.В този случай те правят или дясно, или ляво кръгово въртене или образуватквантова суперпозиция на два фотона – двуизмерен кюбит.
Също така е възможно да се кодира информация за орбиталния ъглов момент на фотон , траекторията на "тирбушона", по който светлина, завихряща се и движеща се напред, докато всеки фотон се върти около центъра на лъча.Комбинацията от спин и ъглов момент води до образуването на многомерен кудит и способността да се кодира и разпространява всеки от теоретично безкраен диапазон от стойности с един фотон.
Кубитите и кудитите се използват за разпространение на информация, съхранявана във фотони, от една точка до друга.Основната разлика е , че qudits могат да предават много повече информация на същото разстояние от кюбитите, осигурявайки основата за квантова комуникация от следващо поколение.
Кудит движение по заявка
Като част от ново проучване, физиците, ръководени от Стефан Щрауф, ръководител на лабораторията по нанофотоника в университета Стивънс, показаха как да създават и контролират отделни летящи qudits, или "криволичещи" фотони , при поискване.Този пробив значително ще разшири възможностите на инструментите за квантова комуникация.
Фотони. Снимка: commons.wikimedia.org
Особеността на експеримента е, че спинът и орбиталният ъглов момент са независими свойства на фотона.Новото устройство е първото, което може да контролира и двете едновременно, използвайки контролирана комуникация между тях.
Всичко това може да се направи с единични фотони, а не с класически светлинни лъчи: основно изискване за всяко приложение за квантова комуникация.
Какво ще даде?
Според физиците кодирането на информация в орбиталния ъглов момент радикално увеличава обема й за предаване.Използването на "криволичещи" фотони ще увеличи пропускателната способност на инструментите за квантова комуникация, което ще позволиМного по-бързо е да се прехвърлят данни към тях .
Как са създадени "кривите" фотони?
За да създадат "криволичещите" фотони, учените са използвали филм с дебелина на атом от волфрамов диселенид, нов полупроводников материал, за да създадат квантов излъчвател, който е способен да излъчва единични фотони.
След това те свързали квантов излъчвател към вътрешно отразяващо пространство с форма на поничка, наречено пръстеновиден резонатор.Фината настройка на местоположението на излъчвателя и зъбния резонатор е използвана, за да се взаимодейства въртенето на фотона и неговия орбитален ъглов моментза създаване на индивидуални "криволичещи" фотони при поискване.
Ключът към активирането на тази функция за блокиране на спиновия импулс е назъбеният модел на резонатора на пръстена.Когато е внимателно проектиран, той създава криволичещ въртящ се лъч светлина, който устройството излъчвасъс скоростта на светлината.
Чрез интегрирането на тези възможности в един микрочип с диаметър само 20 микрона - около една четвърт от ширината на човешки косъм - физиците са създали излъчвател на криволичещи фотони.Неговата особеност е, че той е в състояние да взаимодейства с други стандартизирани компоненти като част от квантова комуникационна система.
Какво следва?
Авторите на разработката отбелязват, че остават няколко важни проблема.Контролирайте посоката, в която фотонът се движи спираловидно , по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка.Необходими са обаче допълнителни подобрения, за да се контролира точният брой режими на орбиталния ъглов момент.Това е критично важно, защото на теория е възможно да се напише безкраен диапазон от различни стойности в един фотон и след това да се извлече от него.
Според учените последните експерименти в лабораторията по нанофотоника "Щрауф" показват обещаващи резултати.
Необходима е и допълнителна работа, за да се създаде устройство, което създава усукани фотони със строго последователни квантови свойства, т.е. неразличими фотони.Това е ключово изискване за внедряването на квантов интернет. Решаването им ще изисква нови пробиви в материалознанието.
Прочетете още:
Неизвестен вид крилати насекоми, "скрит" в кехлибар повече от 35 милиона години
Изтичането на газ от Северен поток беше показано от космоса
Вижте как Юпитер и Луната се приближиха в нощното небе