A kvantummechanika hatásai, beleértve két részecske összefonódását (olyan jelenség, amelyben az egyes állapotok
Két független kutatócsoport bejelentette egyetlen fotonforrás létrehozását, amelyek szükségesek a kvantumhálózatban történő adatátvitelhez.A Max Planck Kvantumoptikai Intézet és a Müncheni Műszaki Egyetem német kutatói szilíciumkristályba ágyazott erbiumatomokat használtak, amelyeka modern kommunikációs hálózatoknak megfelelő frekvenciájú fény.
A Massachusetts Institute of Technology mérnökei perovszkit nanokristályokat használnak, amelyek előállítása könnyen méretezhető.Ugyanakkor nem igényelnek szélsőséges hűtést, és szobahőmérsékleten működhetnek.
Mi az a kvantumhálózat?
A kvantumszámítógépek elméletileg képesek teljesíteniolyan feladatokat, amelyeket még a világ legerősebb szuperszámítógépein sem lehet megoldani. Anyagok, komplex rendszerek tulajdonságainak modellezésére használhatók. De ahhoz, hogy valóban értelmes eredményeket érjünk el, hatékony módszerre van szükség a kvantuminformáció csomópontjainak összekapcsolására - elosztott kvantumprocesszorokra.
Mivel a kvantumszámítógépek alapvetően különböznek a klasszikus számítógépektől, az információ továbbítására használt szokásos módszerek nem alkalmazhatók közvetlenül rájuk.A kvantuminformáció összetettebb: ahelyett, hogy csak 0 vagy 1 értéket tárolna, mint a klasszikus számítógépekben, egy qubitegyszerre 0 és 1 értékeket vehet fel (ezt a jelenséget szuperpozíciónak nevezik).
Az ideális megoldás egy kvantumhálózat −olyan vegyület, amelyben a kvantummechanikai tulajdonságok megőrzésével közvetlen információcserét hajtanak végre. A kvantumhálózat a feldolgozó csomópontokat olyan fotonokkal köti össze, amelyek speciális összeköttetéseken, úgynevezett hullámvezetőkön haladnak át.
Az ilyen kapcsolat előnye, hogyA kvantumeszközök közvetlenül kommunikálnak, ami gyorsabb adatfeldolgozást tesz lehetővé. Ráadásul az ilyen hálózatok biztonságos adatátvitelre is használhatók: amint egy támadó megpróbálja elfogni a fotonokba "kódolt" információkat, a részecskék kvantumtulajdonságai elvesznek, az adatok használhatatlanná válnak.
Erbium atomok szilíciumkristályban
Szilíciumkristály alapú kvantumrezonátor. Kép: MCQST
Német mérnökök kifejlesztettek egy optikáterbium atomokkal adalékolt szilíciumkristályon alapuló kvantumhálózatok rezonátora. A fejlesztés ugyanazon csoport egy korábbi tanulmányát követi, amelyben az egyes ritkaföldfém atomok kristályos szilíciumba történő beépítését vizsgálták viszonylag alacsony hőmérsékleten (körülbelül 500 °C), hogy biztosítsák, hogy nagyszámú erbiumatom ne csoportosuljon össze a szilíciumrácsban.
Egy új tanulmányban, amelynek eredményeiAz Optica folyóiratban megjelentek, a kutatók kimutatták, hogy az ilyen kristályok felhasználásával egyetlen foton is előállítható a kívánt tulajdonságokkal. A szilíciumkristályba helyezett erbium atomok kiváló optikai tulajdonságokkal rendelkeznek – jegyzik meg a tanulmány szerzői. 1536 nm hullámhosszú fényt bocsátanak ki. Ez majdnem megegyezik azzal a fénnyel, amelyet a klasszikus üvegszálas hálózatokban adatátvitelre használnak.
A mérnökök adalékolt rezonátort fejlesztettek kierbium, amely abban különbözik a hagyományos kivitelektől, hogy nem tartalmaz tükröket. Ehelyett a kristályos szilíciumban nanométeres lyukak szabályos mintáját használják. Ez azt jelenti, hogy a teljes rezonátor csak néhány mikron hosszú, és csak néhány tíz erbiumatomot tartalmaz. Egy rezonátor optikai szálhoz csatlakoztatásával és az atomok lézerrel való gerjesztésével a kutatók bebizonyították, hogy a kívánt tulajdonságokkal rendelkező egyedi fotonok kibocsáthatók.
A kutatók két fő előnyt jegyeznek meg, amelyek szerintükAz erbiummal adalékolt szilícium "ideális jelölt kvantumhálózatok építésére".A szükséges alkatrészek nagyszabású létrehozása nem igényel új komplex termelési létesítmények létrehozását.
Másodszor pedig a rendszer viszonylagosan működikmagas (kvantumtechnológiák esetén) hőmérséklet - körülbelül 8 K (-265 °C). Ellentétben az abszolút nulla közelében működő rendszerekkel, az ilyen feltételeket könnyebb létrehozni folyékony hélium kriosztátban történő hűtéssel.
A perovszkitek, mint egyedi fotonforrások
Perovskit nanokristályok. Kép: MIT
Az MIT kutatói alternatívát javasolnakA kvantumhálózatok létrehozásának anyaga perovszkitek. Ez az anyag már széles körben bevált a napelemekben a szilícium lehetséges alternatívájaként. A Nature Photonics folyóiratban megjelent tanulmányban a mérnökök kimutatták, hogy képesek azonos fotonok folyamát is generálni.
A fizikusok tanulmányukhoz használtakólom-halit perovszkit nanorészecskéi. A fotovoltaikus cellák vékony filmrétegeket használnak ebből az anyagból, és nanorészecskék formájában hihetetlenül magas a kriogén sugárzás mértéke, ami megkülönbözteti őket más kolloid félvezető nanorészecskéktől. Minél gyorsabb a fénykibocsátás, annál valószínűbb, hogy a kimenő jelnek jól definiált hullámfüggvénye lesz, ami elengedhetetlen a kvantumhálózatokhoz.
Annak ellenőrzésére, hogy azok a fotonokgenerál valóban rendelkezik a kívánt tulajdonságokkal, a kutatók standard tesztet végeztek. Ez abban áll, hogy észleli a két foton közötti interferenciát, a Hong-Wu-Mandela effektust. A kísérlet eredményei megerősítették, hogy a forrás kvantumfényt bocsát ki.
A kutatók megjegyzik, hogy a telepítés még nem tökéletes és interferenciával működik, de biztosak abban, hogy lehetséges leszGyőzze le úgy, hogy a perovszkitokat optikai rezonátorba helyezi – ez a hatás működikmás anyagokkal.
Ugyanakkor a kutatók megjegyzik az előnyttechnológia a könnyű gyártás érdekében. „A többi forrás koherens oka az, hogy a legtisztább anyagokból készülnek, és egymás után atomról atomra. Tehát nagyon rossz a méretezhetőségünk és nagyon rossz a reprodukálhatóságunk” – mondja Alexander Kaplan, a tanulmány társszerzője. Ezzel szemben a perovszkit nanorészecskéket oldatban készítik, és egyszerűen egy szubsztrátum anyagára alkalmazzák. Ezenkívül az ilyen források szobahőmérsékleten működnek, és nem igényelnek hűtést.
Mindkét javasolt technológia még nemkész megoldás kvantumhálózatok építésére. De ez egy lépés a helyes irányba. Az a tény, hogy világszerte különböző kutatócsoportok fejlesztenek alternatív technológiákat, és próbálnak viszonylag olcsó és könnyen méretezhető megoldást találni, arra utal, hogy a kvantumhálózatok hamarosan valósággá válhatnak.
Olvass tovább:
Egy furcsa, a Napnál melegebb tárgy meglepte a csillagászokat
Falloszra emlékeztető műtárgyat találtak Mongóliában: körülbelül 42 000 éves
Megtaláltuk Ázsia legmagasabb fáját: mutasd meg, hogyan néz ki
Borítókép: C. Hohmann, MCQST