Las computadoras cuánticas y los dispositivos de comunicación funcionan codificando la información en
¿Qué son los qubits y los qudits?
Normalmente, los sistemas de comunicación cuántica "registran" información sobre el momento angular de los fotones.En este caso, hacen una rotación circular hacia la derecha o hacia la izquierda o forman unUna superposición cuántica de dos fotones, un qubit bidimensional.
También es posible codificar información sobre el momento angular orbital de un fotón , la trayectoria del "sacacorchos" a lo largo del cual se encuentra el fotón.luz, arremolinándose y moviéndose hacia adelante a medida que cada fotón gira alrededor del centro del haz.La combinación de espín y momento angular da como resultado la formación de una qudita multidimensional y la capacidad de codificar y propagar cualquiera de un rango teóricamente infinito de valores con un solo fotón.
Los qubits y qudits se utilizan para propagar la información almacenada en fotones de un punto a otro.La principal diferencia es que los qudits pueden transmitir mucha más información a la misma distancia que los qubits, lo que proporciona la base para la comunicación cuántica de próxima generación.
Movimiento Kudit a pedido
Como parte de un nuevo estudio, físicos dirigidos por Stephan Strauf, jefe del Laboratorio de Nanofotónica de la Universidad de Stevens, han demostrado cómo crear y controlar qudits voladores individuales, o fotones "sinuosos", bajo demanda.Este avance ampliará significativamente las capacidades de las herramientas de comunicación cuántica.
Fotones. Foto: commons.wikimedia.org
La peculiaridad del experimento es que el espín y el momento angular orbital son propiedades independientes del fotón.El nuevo dispositivo es el primero en poder controlar ambos al mismo tiempo, utilizando una comunicación controlada entre ellos.
Todo esto se puede hacer utilizando fotones individuales en lugar de haces de luz clásicos: un requisito básico para cualquier aplicación de comunicación cuántica.
¿Qué dará?
Según los físicos, la codificaciónLa información en el momento angular orbital aumenta radicalmente su volumen de transmisión. El uso de fotones tortuosos aumentará el rendimiento de las herramientas de comunicación cuántica, permitiéndoles transmitir datos mucho más rápido.
¿Cómo se crearon los fotones "curvos"?
Para crear fotones "retorcidos", los científicosutilizó una película de un átomo de espesor de diseleniuro de tungsteno, un nuevo material semiconductor, para crear un emisor cuántico capaz de emitir fotones individuales.
Luego conectaron un emisor cuántico.con un espacio reflectante interno en forma de donut: un resonador de anillo. Se utilizó el ajuste de la ubicación del emisor y el resonador del engranaje para forzar el giro del fotón y su momento angular orbital a interactuar para crear fotones de "giro" individuales según demanda.
La clave para habilitar esta función de bloqueo esEl pulso de giro es el patrón irregular del resonador de anillo. Cuando se diseña cuidadosamente, crea un haz de luz sinuoso y giratorio que el dispositivo emite a la velocidad de la luz.
Integrando estas capacidades en un microchipCon sólo 20 micrones de ancho (aproximadamente un cuarto del ancho de un cabello humano), los físicos han creado un emisor de fotones tortuosos. Su particularidad es que puede interactuar con otros componentes estandarizados como parte de un sistema de comunicación cuántica.
Que sigue
El autor del desarrollo señaló que hay variosproblemas importantes. Sí, la nueva tecnología puede controlar la dirección en la que viaja un fotón en espiral: en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj. Sin embargo, se requieren más mejoras para controlar el número exacto de modos de momento angular orbital. Esto es de vital importancia porque, teóricamente, es posible escribir un rango infinito de valores diferentes en un fotón y luego extraerlos.
Según los científicos, experimentos recientes en el laboratorio de nanofotónica de Strauf muestran resultados prometedores. Entonces este problema podrá resolverse pronto.
También es necesario seguir trabajandocrear un dispositivo que creará fotones retorcidos con propiedades cuánticas estrictamente consistentes, es decir, fotones indistinguibles. Este es un requisito clave para hacer realidad la Internet cuántica. Según los científicos, estos problemas afectan a todos los que trabajan en el campo de la fotónica cuántica. Resolverlos requerirá nuevos avances en la ciencia de los materiales.
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