Kvantové počítače a komunikační zařízení pracují tak, že kódují informace do jednotlivých resp
Co jsou to qubits a qudits?
Kvantové komunikační systémy obvykle „nahrávají“informace o momentu hybnosti rotace fotonu. V tomto případě provádějí buď pravou nebo levou kruhovou rotaci, nebo tvoří kvantovou superpozici dvou fotonů – dvourozměrný qubit.
Je také možné kódovat informaceo orbitálním momentu hybnosti fotonu – „vývrtkové“ dráze, kterou světlo sleduje, otáčí se a posouvá dopředu, jak se každý foton otáčí kolem středu paprsku. Kombinace spinu a momentu hybnosti vede k vytvoření vícerozměrného quditu a schopnosti zakódovat a šířit kteroukoli z teoreticky nekonečného rozsahu hodnot v jediném fotonu.
Qubits a qudits se používají prošíření informací uložených ve fotonech z jednoho bodu do druhého. Hlavním rozdílem je, že qudits může přenášet mnohem více informací na stejnou vzdálenost než qubits, což poskytuje základ pro další generaci kvantové komunikace.
Pohyb Kudit na vyžádání
V rámci nové fyzikální studie vedené ose Stefanem Straufem, vedoucím laboratoře nanofotoniky na Stevens University, ukázali, jak na požádání vytvářet a ovládat jednotlivé létající qudity neboli „squirmy“ fotony. Tento průlom značně rozšíří možnosti kvantových komunikačních nástrojů.
Fotony. Foto: commons.wikimedia.org
Zvláštností experimentu je, že rotacea orbitální moment hybnosti jsou nezávislé vlastnosti fotonu. Nové zařízení je první, které dokáže ovládat oba současně pomocí řízené komunikace mezi nimi.
To vše lze provést pomocí jednotlivých fotonů spíše než klasických světelných paprsků: základní požadavek pro jakoukoli aplikaci kvantové komunikace.
co to dá?
Podle fyziků kódováníinformace v orbitálním momentu hybnosti radikálně zvětší svůj objem pro přenos. Použití klikatých fotonů zvýší propustnost kvantových komunikačních nástrojů, což jim umožní přenášet data mnohem rychleji.
Jak vznikly „křivkové“ fotony?
Aby vytvořili "kroutící" fotony, vědcipoužil atomově silný film diselenidu wolframu, nového polovodičového materiálu, k vytvoření kvantového emitoru, který je schopen emitovat jednotlivé fotony.
Poté připojili kvantový emitors vnitřním reflexním prostorem ve tvaru donutu - prstencového rezonátoru. Jemné doladění umístění emitoru a ozubeného rezonátoru bylo použito k vynucení rotace fotonu a jeho orbitálního momentu hybnosti, aby interagovaly a vytvořily jednotlivé "twist" fotony na vyžádání.
Klíčem k povolení této funkce zamykání jeSpin impuls je zubatý vzor prstencového rezonátoru. Když je pečlivě navrženo, vytváří vlnitý, vířivý paprsek světla, který zařízení vysílá rychlostí světla.
Integrací těchto schopností do jednoho mikročipuFyzikové o průměru pouhých 20 mikronů, což je asi čtvrtina šířky lidského vlasu, vytvořili zářič klikatých fotonů. Jeho zvláštní vlastností je, že je schopen interagovat s dalšími standardizovanými součástmi jako součást kvantového komunikačního systému.
Co bude dál?
Autor vývoje poznamenal, že jich je několikdůležité problémy. Ano, nová technologie může řídit směr, kterým se foton pohybuje po spirále – ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. K ovládání přesného počtu režimů orbitálního momentu hybnosti jsou však zapotřebí další vylepšení. To je kriticky důležité, protože teoreticky je možné zapsat nekonečný rozsah různých hodnot do jednoho fotonu a pak z něj extrahovat.
Podle vědců ukazují nedávné experimenty ve Straufově nanofotonické laboratoři slibné výsledky. Tento problém lze tedy brzy vyřešit.
Je také potřeba další prácevytvořit zařízení, které bude vytvářet zkroucené fotony s přísně konzistentními kvantovými vlastnostmi, tedy nerozlišitelné fotony. To je klíčový požadavek pro realizaci kvantového internetu. Podle vědců se takové problémy týkají každého, kdo pracuje v oblasti kvantové fotoniky. Jejich řešení bude vyžadovat nové průlomy ve vědě o materiálech.
Přečtěte si více:
Neznámý druh okřídleného hmyzu se více než 35 milionů let „schovával“ v jantaru
Únik plynu z Nord Stream byl prokázán z vesmíru
Podívejte se, jak se Jupiter a Měsíc přiblížili na noční obloze