Kvantna računala i komunikacijski uređaji rade tako da kodiraju informacije u pojedinačne ili
Što su kubiti i kuditi?
Tipično, kvantni komunikacijski sustavi "snimaju"informacija o kutnom momentu rotacije fotona. U tom slučaju izvode ili desnu ili lijevu kružnu rotaciju, ili tvore kvantnu superpoziciju dva fotona - dvodimenzionalni qubit.
Također je moguće kodirati informacijeo orbitalnom kutnom momentu fotona—putu "vadičepa" koju svjetlost slijedi, uvijajući se i pomičući naprijed dok svaki foton rotira oko središta snopa. Kombinacija spina i kutnog momenta rezultira stvaranjem višedimenzionalnog qudita i sposobnošću kodiranja i širenja bilo koje od teoretski beskonačnog raspona vrijednosti u jednom fotonu.
Qubiti i quditi se koriste zaširenje informacija pohranjenih u fotonima s jedne točke na drugu. Glavna razlika je u tome što qudit-ovi mogu prenijeti mnogo više informacija na istu udaljenost od qubita, što predstavlja osnovu za sljedeću generaciju kvantnih komunikacija.
Kudit pokret na upit
U sklopu nove studije fizike koju vodisa Stefanom Straufom, voditeljem Laboratorija za nanofotoniku na Sveučilištu Stevens, pokazali su kako stvoriti i kontrolirati pojedinačne leteće qudite, ili "migoljive" fotone, na zahtjev. Ovo otkriće uvelike će proširiti mogućnosti kvantnih komunikacijskih alata.
fotoni. Fotografija: commons.wikimedia.org
Posebnost pokusa je u tome što vrtnjai orbitalni kutni moment neovisna su svojstva fotona. Novi uređaj je prvi koji može kontrolirati oboje u isto vrijeme, koristeći kontroliranu komunikaciju između njih.
Sve se to može učiniti korištenjem pojedinačnih fotona umjesto klasičnih svjetlosnih zraka: osnovni uvjet za bilo koju kvantnu komunikacijsku primjenu.
Što će dati?
Prema fizičarima, kodiranjeinformacija u orbitalnom kutnom momentu radikalno povećava svoj volumen za prijenos. Korištenje krivudavih fotona povećat će propusnost kvantnih komunikacijskih alata, omogućujući im mnogo brži prijenos podataka.
Kako su stvoreni "zakrivljeni" fotoni?
Za stvaranje "uvijajućih" fotona, znanstvenicikoristio je film volframovog diselenida debljine atoma, novog poluvodičkog materijala, kako bi stvorio kvantni emiter koji je sposoban emitirati pojedinačne fotone.
Zatim su spojili kvantni emiters unutarnjim reflektirajućim prostorom u obliku krafne – prstenasti rezonator. Fino podešavanje lokacije emitera i rezonatora zupčanika korišteno je za prisiljavanje vrtnje fotona i njegovog orbitalnog kutnog momenta u interakciji kako bi se stvorili pojedinačni "bodljikavi" fotoni na zahtjev.
Ključ za omogućavanje ove značajke zaključavanja jeSpin puls je nazubljeni uzorak prstenastog rezonatora. Kada je pažljivo dizajniran, stvara vijugavu, vrtložnu zraku svjetlosti koju uređaj emitira brzinom svjetlosti.
Integracijom ovih mogućnosti u jedan mikročipmjereći samo 20 mikrona u promjeru - otprilike četvrtinu širine ljudske vlasi - fizičari su stvorili emiter vijugavih fotona. Njegova posebnost je da je u stanju komunicirati s drugim standardiziranim komponentama kao dio kvantnog komunikacijskog sustava.
Što je sljedeće?
Autor razvoja primijetio je da ih ima nekolikovažni problemi. Da, nova tehnologija može kontrolirati smjer u kojem foton putuje u spirali - u smjeru kazaljke na satu ili suprotno od njega. Međutim, potrebna su daljnja poboljšanja za kontrolu točnog broja modova orbitalnog kutnog momenta. Ovo je kritično važno, jer je, teoretski, moguće zapisati beskonačan raspon različitih vrijednosti u jedan foton, a zatim izvući iz njega.
Prema znanstvenicima, nedavni eksperimenti u Straufovom laboratoriju za nanofotoniku pokazuju obećavajuće rezultate. Tako da se ovaj problem može uskoro riješiti.
Potreban je i daljnji radstvoriti uređaj koji će stvarati upletene fotone sa strogo dosljednim kvantnim svojstvima, odnosno nerazlučive fotone. Ovo je ključni uvjet za realizaciju kvantnog interneta. Prema znanstvenicima, takvi problemi pogađaju sve koji rade na području kvantne fotonike. Za njihovo rješavanje bit će potrebna nova otkrića u znanosti o materijalima.
Čitaj više:
Nepoznata vrsta krilatog kukca "skrivena" u jantaru više od 35 milijuna godina
Curenje plina iz Sjevernog toka prikazano je iz svemira
Pogledajte kako su se Jupiter i Mjesec približili na noćnom nebu