Les ordinateurs quantiques et les appareils de communication fonctionnent en codant des informations dans des formats individuels ou
Que sont les qubits et les qudits ?
Généralement, les systèmes de communication quantique « enregistrent »informations sur le moment cinétique de rotation des photons. Dans ce cas, ils effectuent soit une rotation circulaire à droite ou à gauche, soit forment une superposition quantique de deux photons - un qubit bidimensionnel.
Il est également possible d'encoder des informationsà propos du moment cinétique orbital du photon – le chemin en « tire-bouchon » que suit la lumière, se tordant et avançant à mesure que chaque photon tourne autour du centre du faisceau. La combinaison du spin et du moment cinétique aboutit à la formation d’un qudit multidimensionnel et à la capacité de coder et de propager n’importe quelle plage de valeurs théoriquement infinie avec un seul photon.
Les qubits et les qudits sont utilisés pourdiffusion d'informations stockées dans les photons d'un point à un autre. La principale différence est que les qudits peuvent transmettre beaucoup plus d’informations sur la même distance que les qubits, constituant ainsi la base de la prochaine génération de communications quantiques.
Mouvement Kudit sur demande
Dans le cadre d'une nouvelle étude de physique menée paravec Stefan Strauf, directeur du laboratoire de nanophotonique à l'Université Stevens, a montré comment créer et contrôler des qudits volants individuels, ou photons « squirmy », à la demande. Cette percée élargira considérablement les capacités des outils de communication quantique.
Photons. Photo : commons.wikimedia.org
La particularité de l'expérience est que le spinet le moment cinétique orbital sont des propriétés indépendantes d'un photon. Le nouvel appareil est le premier à pouvoir contrôler les deux en même temps, en utilisant une communication contrôlée entre eux.
Tout cela peut être réalisé en utilisant des photons uniques plutôt que des faisceaux lumineux classiques : une exigence fondamentale pour toute application de communication quantique.
Que va-t-il donner ?
Selon les physiciens, le codagel'information sur le moment cinétique orbital augmente radicalement son volume de transmission. L’utilisation de photons tortueux augmentera le débit des outils de communication quantique, leur permettant de transmettre des données beaucoup plus rapidement.
Comment les photons "curvy" ont-ils été créés ?
Pour créer des photons « tordus », les scientifiquesa utilisé un film de diséléniure de tungstène d'une épaisseur atomique, un nouveau matériau semi-conducteur, pour créer un émetteur quantique capable d'émettre des photons uniques.
Ils ont ensuite connecté un émetteur quantiqueavec un espace réfléchissant interne en forme de beignet - un résonateur en anneau. Le réglage précis de l'emplacement de l'émetteur et du résonateur à engrenages a été utilisé pour forcer la rotation du photon et son moment cinétique orbital à interagir pour créer des photons « épineux » individuels à la demande.
La clé pour activer cette fonction de verrouillage estL'impulsion de spin est le motif irrégulier du résonateur en anneau. Lorsqu'il est soigneusement conçu, il crée un faisceau de lumière sinueux et tourbillonnant que l'appareil émet à la vitesse de la lumière.
En intégrant ces capacités dans une seule micropuceMesurant seulement 20 microns de diamètre, soit environ un quart de la largeur d'un cheveu humain, les physiciens ont créé un émetteur de photons tortueux. Sa particularité est de pouvoir interagir avec d’autres composants standardisés dans le cadre d’un système de communication quantique.
Et ensuite?
L'auteur du développement a noté qu'il existe plusieursproblèmes importants. Oui, la nouvelle technologie peut contrôler la direction dans laquelle un photon se déplace dans une spirale : dans le sens horaire ou antihoraire. Cependant, des améliorations supplémentaires sont nécessaires pour contrôler le nombre exact de modes de moment cinétique orbital. Ceci est d’une importance cruciale car, en théorie, il est possible d’écrire une gamme infinie de valeurs différentes dans un photon, puis d’en extraire.
Selon les scientifiques, les expériences récentes menées au laboratoire de nanophotonique de Strauf montrent des résultats prometteurs. Ce problème pourra donc être résolu bientôt.
Des travaux supplémentaires sont également nécessairespour créer un dispositif qui créera des photons tordus avec des propriétés quantiques strictement cohérentes, c'est-à-dire des photons indiscernables. Il s’agit d’une condition essentielle à la réalisation de l’Internet quantique. Selon les scientifiques, ces problèmes touchent tous ceux qui travaillent dans le domaine de la photonique quantique. Les résoudre nécessitera de nouvelles avancées dans la science des matériaux.
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