Kvanttitietokoneet ja viestintälaitteet toimivat koodaamalla tietoa yksittäisiksi tai
Mitä ovat qubitit ja qudits?
Обычно системы квантовой связи «записывают» информацию об угловом моменте вращения фотонов. В этом случае они совершают либо правое, либо левое круговое вращение, либо образуют квантовую суперпозицию двух фотонов — двумерный кубит.
Также есть возможность закодировать информацию об орбитальном угловом моменте фотона — траектории «штопора», по которой следует свет, закручиваясь и двигаясь вперед, когда каждый фотон вращается вокруг центра луча. Сочетание спина и углового момента приводит к образованию многомерного кудита и возможность закодировать и распространить любое из теоретически бесконечного диапазона значений одним фотоном.
Кубиты и кудиты используют для распространения информации, которая хранится в фотонах, из одной точки в другую. Основное отличие состоит в том, что кудиты могут передавать гораздо больше информации на то же расстояние, чем кубиты, обеспечивая основу для квантовой связи следующего поколения.
Kudi-liike pyynnöstä
В рамках нового исследования физики во главе со Стефаном Штрауфом, главой лаборатории нанофотоники в Университете Стивенса показали, как создавать и контролировать отдельные летающие кудиты, или «извилистые» фотоны, по запросу. Этот прорыв в разы расширит возможности инструментов квантовой связи.
Fotonit. Kuva: commons.wikimedia.org
Особенность эксперимента в том, что спиновой и орбитальный угловой моменты — независимые свойства фотона. Новое устройство — первое, которое одновременное может управлять и тем, и тем, используя контролируемую связь между ними.
Все это можно сделать с помощью одиночных фотонов, а не классических световых лучей: основное требование для любого приложения квантовой связи.
Mitä se antaa?
По словам физиков, кодирование информации в орбитальный угловой момент радикально увеличивает ее объем для передачи. Использование «извилистых» фотонов повысит пропускную способность инструментов квантовой связи, что позволит им передавать данные гораздо быстрее.
Kuinka "käyrät" fotonit luotiin?
Чтобы создать «извилистые» фотоны, ученые использовали пленку диселенида вольфрама толщиной в атом, нового полупроводникового материала, чтобы создать квантовый излучатель, который способен излучать одиночные фотоны.
Затем они соединили квантовый излучатель с внутренним отражающим пространством в форме пончика — кольцевым резонатором. Точную настройку расположения излучателя и зубчатого резонатора использовали, чтобы заставить взаимодействовать вращение фотона и его орбитальный угловой момент для создания отдельных «извилистых» фотонов по требованию.
Ключом к включению этой функции блокировки спинового импульса является зубчатый рисунок кольцевого резонатора. При тщательной разработке конструкции он создает извилистый вихревой луч света, который устройство испускает со скоростью света.
Интегрировав эти возможности в один микрочип размером всего 20 микрон в поперечнике — примерно четверть ширины человеческого волоса — физики создали излучатель извилистых фотонов. Его особенность в том, что он способен взаимодействовать с другими стандартизированными компонентами как часть системы квантовой связи.
Mitä seuraavaksi?
Автор разработки отметили, что остаются несколько важных проблем. Да, новая технология может контролировать направление, в котором движется фотон по спирали — по часовой стрелке или против нее. Однако требуется дополнительные усовершенствования, чтобы контролировать точное число мод орбитального углового момента. Это критически важно, ведь, теоретически, так можно записать в один фотон бесконечный диапазон различных значений, а затем извлечь из нее.
По словам ученых, последние эксперименты в лаборатории нанофотоники Штрауфа показывают многообещающие результаты. Так что эту проблему можно скоро решить.
Также необходима дальнейшая работа по созданию устройства, который создаст скрученные фотоны со строго согласованными квантовыми свойствами, то есть неразличимые фотоны. Это ключевое требование для реализации квантового интернета. По словам ученых, такие проблемы затрагивают всех, кто работает в области квантовой фотоники. Для их решения потребуются новые прорывы в материаловедении.
Lue lisää:
Tuntematon siivekäs hyönteislaji, joka on "piilotettu" meripihkaan yli 35 miljoonaa vuotta
Nord Streamin kaasuvuoto näytettiin avaruudesta
Katso kuinka Jupiter ja Kuu lähestyivät yötaivaalla