Kvantecomputere og kommunikationsenheder fungerer ved at indkode information til individuelle eller
Hvad er qubits og qudits?
Typisk "registrerer" kvantekommunikationssystemerinformation om vinkelmomentet af fotonrotation. I dette tilfælde udfører de enten en højre eller venstre cirkulær rotation eller danner en kvantesuperposition af to fotoner - en todimensionel qubit.
Det er også muligt at indkode informationom fotonens orbitale vinkelmomentum - "proptrækkeren"-banen, som lyset følger, vrider sig og bevæger sig fremad, mens hver foton roterer rundt om midten af strålen. Kombinationen af spin og vinkelmomentum resulterer i dannelsen af en multidimensionel qudit og evnen til at kode og udbrede enhver af et teoretisk uendeligt værdiområde med en enkelt foton.
Qubits og qudits bruges tilspredning af information lagret i fotoner fra et punkt til et andet. Den største forskel er, at qudits kan transmittere meget mere information over den samme afstand end qubits, hvilket giver grundlaget for den næste generation af kvantekommunikation.
Kudit bevægelse efter anmodning
Som en del af et nyt fysikstudie ledet afmed Stefan Strauf, leder af Nanophotonics Laboratory ved Stevens University, viste, hvordan man opretter og kontrollerer individuelle flyvende qudits, eller "squirmy" fotoner, efter behov. Dette gennembrud vil i høj grad udvide mulighederne for kvantekommunikationsværktøjer.
Fotoner. Foto: commons.wikimedia.org
Det særlige ved eksperimentet er, at spindetog orbital vinkelmomentum er uafhængige egenskaber for en foton. Den nye enhed er den første, der kan styre begge dele på samme tid ved hjælp af kontrolleret kommunikation mellem dem.
Alt dette kan gøres ved hjælp af enkeltfotoner i stedet for klassiske lysstråler: et grundlæggende krav til enhver kvantekommunikationsapplikation.
Hvad vil det give?
Ifølge fysikere, kodninginformation i orbital vinkelmomentum øger dens volumen til transmission radikalt. Brugen af snoede fotoner vil øge gennemløbet af kvantekommunikationsværktøjer, hvilket giver dem mulighed for at transmittere data meget hurtigere.
Hvordan blev de "krumme" fotoner skabt?
For at skabe "vridende" fotoner, videnskabsmændbrugt en atomtyk film af wolframdiselenid, et nyt halvledermateriale, til at skabe en kvanteemitter, der er i stand til at udsende enkelte fotoner.
De tilsluttede derefter en kvanteemittermed et internt reflekterende rum i form af en donut - en ringresonator. Finjustering af placeringen af emitteren og gearresonatoren blev brugt til at tvinge fotonens spin og dens orbitale vinkelmomentum til at interagere for at skabe individuelle "piggede" fotoner efter behov.
Nøglen til at aktivere denne låsefunktion erSpin-impulsen er det takkede mønster af ringresonatoren. Når den er omhyggeligt designet, skaber den en snoet, hvirvlende lysstråle, som enheden udsender med lysets hastighed.
Ved at integrere disse muligheder i én mikrochipder måler kun 20 mikron på tværs - omkring en fjerdedel af bredden af et menneskehår - har fysikere skabt en emitter af snoede fotoner. Dens særlige egenskab er, at den er i stand til at interagere med andre standardiserede komponenter som en del af et kvantekommunikationssystem.
Hvad er næste?
Forfatteren til udviklingen bemærkede, at der er flerevigtige problemer. Ja, ny teknologi kan styre den retning, en foton bevæger sig i i en spiral – med eller mod uret. Der kræves dog yderligere forbedringer for at kontrollere det nøjagtige antal orbitale vinkelmomenttilstande. Dette er kritisk vigtigt, fordi det teoretisk set er muligt at skrive en uendelig række af forskellige værdier ind i en foton og derefter udtrække fra den.
Ifølge forskerne viser nylige eksperimenter på Straufs Nanophotonics Laboratory lovende resultater. Så dette problem kan snart løses.
Der er også behov for yderligere arbejdeat skabe en enhed, der vil skabe snoede fotoner med strengt konsistente kvanteegenskaber, det vil sige fotoner, der ikke kan skelnes. Dette er et nøglekrav for at realisere kvanteinternettet. Ifølge videnskabsmænd påvirker sådanne problemer alle, der arbejder inden for kvantefotonik. At løse dem vil kræve nye gennembrud inden for materialevidenskab.
Læs mere:
En ukendt art af bevinget insekt "gemt" i rav i mere end 35 millioner år
Gaslækage fra Nord Stream blev vist fra rummet
Se, hvordan Jupiter og Månen nærmede sig på nattehimlen