Οι κβαντικοί υπολογιστές και οι συσκευές επικοινωνίας λειτουργούν κωδικοποιώντας πληροφορίες σε μεμονωμένα ή
Τι είναι τα qubits και τα qudits;
Συνήθως, τα κβαντικά συστήματα επικοινωνίας «καταγράφουν»πληροφορίες για τη γωνιακή ορμή της περιστροφής των φωτονίων. Σε αυτή την περίπτωση, εκτελούν είτε δεξιά είτε αριστερή κυκλική περιστροφή, είτε σχηματίζουν μια κβαντική υπέρθεση δύο φωτονίων - ένα δισδιάστατο qubit.
Είναι επίσης δυνατή η κωδικοποίηση πληροφοριώνσχετικά με την τροχιακή γωνιακή ορμή του φωτονίου — τη διαδρομή «τιρμπουσόν» που ακολουθεί το φως, στρίβοντας και κινούμενο προς τα εμπρός καθώς κάθε φωτόνιο περιστρέφεται γύρω από το κέντρο της δέσμης. Ο συνδυασμός σπιν και γωνιακής ορμής έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός πολυδιάστατου qudit και την ικανότητα κωδικοποίησης και διάδοσης οποιουδήποτε από ένα θεωρητικά άπειρο εύρος τιμών σε ένα μόνο φωτόνιο.
Qubits και qudits χρησιμοποιούνται γιαδιάδοση πληροφοριών που είναι αποθηκευμένες στα φωτόνια από το ένα σημείο στο άλλο. Η κύρια διαφορά είναι ότι τα qudits μπορούν να μεταδώσουν πολύ περισσότερες πληροφορίες στην ίδια απόσταση από τα qubits, παρέχοντας τη βάση για την επόμενη γενιά κβαντικών επικοινωνιών.
Κίνηση Kudit κατόπιν αιτήματος
Ως μέρος μιας νέας μελέτης φυσικής με επικεφαλής τονμε τον Stefan Strauf, επικεφαλής του Εργαστηρίου Νανοφωτονικών στο Πανεπιστήμιο Στίβενς, έδειξε πώς να δημιουργείτε και να ελέγχετε μεμονωμένα ιπτάμενα qudits, ή «σκιρτά» φωτόνια, κατά παραγγελία. Αυτή η σημαντική ανακάλυψη θα επεκτείνει σημαντικά τις δυνατότητες των εργαλείων κβαντικής επικοινωνίας.
Φωτόνια. Φωτογραφία: commons.wikimedia.org
Η ιδιαιτερότητα του πειράματος είναι ότι το σπινκαι η τροχιακή γωνιακή ορμή είναι ανεξάρτητες ιδιότητες ενός φωτονίου. Η νέα συσκευή είναι η πρώτη που μπορεί να ελέγχει και τα δύο ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας ελεγχόμενη επικοινωνία μεταξύ τους.
Όλα αυτά μπορούν να γίνουν χρησιμοποιώντας μεμονωμένα φωτόνια αντί για κλασικές δέσμες φωτός: βασική προϋπόθεση για οποιαδήποτε εφαρμογή κβαντικής επικοινωνίας.
Τι θα δώσει;
Σύμφωνα με φυσικούς, η κωδικοποίησηΟι πληροφορίες στην τροχιακή γωνιακή ορμή αυξάνουν ριζικά τον όγκο τους για μετάδοση. Η χρήση στριφογυριστών φωτονίων θα αυξήσει την απόδοση των εργαλείων κβαντικής επικοινωνίας, επιτρέποντάς τους να μεταδίδουν δεδομένα πολύ πιο γρήγορα.
Πώς δημιουργήθηκαν τα «καμπύλα» φωτόνια;
Για να δημιουργήσουν «στρεφόμενα» φωτόνια, επιστήμονεςχρησιμοποίησε ένα φιλμ πάχους ατόμου από δισελενίδιο βολφραμίου, ένα νέο υλικό ημιαγωγών, για να δημιουργήσει έναν κβαντικό πομπό που είναι ικανός να εκπέμπει μεμονωμένα φωτόνια.
Στη συνέχεια συνέδεσαν έναν κβαντικό πομπόμε εσωτερικό ανακλαστικό χώρο σε σχήμα ντόνατ - αντηχείο δακτυλίου. Ο ακριβής συντονισμός της θέσης του εκπομπού και του συντονιστή γραναζιού χρησιμοποιήθηκε για να αναγκάσει το σπιν του φωτονίου και την τροχιακή του γωνιακή ορμή να αλληλεπιδράσουν για να δημιουργήσουν μεμονωμένα φωτόνια "συστροφής" κατόπιν ζήτησης.
Το κλειδί για την ενεργοποίηση αυτής της δυνατότητας κλειδώματος είναιΟ παλμός περιστροφής είναι το οδοντωτό σχέδιο του αντηχείου δακτυλίου. Όταν σχεδιάζεται προσεκτικά, δημιουργεί μια κωνική, στροβιλιζόμενη δέσμη φωτός που η συσκευή εκπέμπει με την ταχύτητα του φωτός.
Ενσωματώνοντας αυτές τις δυνατότητες σε ένα μικροτσίπμε διάμετρο μόλις 20 μικρά -περίπου το ένα τέταρτο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας- οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει έναν εκπομπό ελικοειδή φωτονίων. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του είναι ότι είναι σε θέση να αλληλεπιδρά με άλλα τυποποιημένα στοιχεία ως μέρος ενός κβαντικού συστήματος επικοινωνίας.
Τι άλλο;
Ο συγγραφέας της ανάπτυξης σημείωσε ότι υπάρχουν πολλάσημαντικά προβλήματα. Ναι, η νέα τεχνολογία μπορεί να ελέγξει την κατεύθυνση στην οποία ένα φωτόνιο ταξιδεύει σε μια σπείρα—δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα. Ωστόσο, απαιτούνται περαιτέρω βελτιώσεις για τον έλεγχο του ακριβούς αριθμού των τρόπων τροχιακής γωνιακής ορμής. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό γιατί, θεωρητικά, ένα άπειρο εύρος διαφορετικών τιμών μπορεί να γραφτεί σε ένα μόνο φωτόνιο και στη συνέχεια να εξαχθεί από αυτό.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τα πρόσφατα πειράματα στο εργαστήριο Strauf Nanophotonics δείχνουν πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Άρα αυτό το πρόβλημα μπορεί να λυθεί σύντομα.
Απαιτείται επίσης περαιτέρω εργασίανα δημιουργήσουμε μια συσκευή που θα δημιουργεί στριμμένα φωτόνια με αυστηρά συνεπείς κβαντικές ιδιότητες, δηλαδή δυσδιάκριτα φωτόνια. Αυτή είναι μια βασική απαίτηση για την υλοποίηση του κβαντικού Διαδικτύου. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, τέτοια προβλήματα επηρεάζουν όλους όσους εργάζονται στον τομέα της κβαντικής φωτονικής. Η επίλυσή τους θα απαιτήσει νέες ανακαλύψεις στην επιστήμη των υλικών.
Διαβάστε περισσότερα:
Ένα άγνωστο είδος φτερωτού εντόμου «κρυμμένο» στο κεχριμπάρι για περισσότερα από 35 εκατομμύρια χρόνια
Διαρροή αερίου από το Nord Stream φάνηκε από το διάστημα
Δείτε πώς πλησίασαν ο Δίας και η Σελήνη στον νυχτερινό ουρανό