A kvantumszámítógépek és kommunikációs eszközök úgy működnek, hogy az információkat egyedi ill
Mik azok a qubitek és quditok?
Általában a kvantumkommunikációs rendszerek "rögzítenek"információ a fotonforgás szögimpulzusáról. Ebben az esetben vagy jobbra vagy balra körforgást hajtanak végre, vagy két foton kvantum-szuperpozícióját - egy kétdimenziós qubitet - alkotnak.
Lehetőség van információ kódolására isa foton keringési szögimpulzusáról – a „dugóhúzó” pályáról, amelyet a fény követ, csavarodik és halad előre, miközben minden foton a sugár közepe körül forog. A spin és a szögimpulzus kombinációja többdimenziós qudit kialakulását eredményezi, és lehetővé teszi, hogy egyetlen fotonnal kódoljon és terjesztsen egy elméletileg végtelen értéktartományt.
A qubit és qudit erre szolgála fotonokban tárolt információk terjesztése egyik pontról a másikra. A fő különbség az, hogy a quditok sokkal több információt tudnak továbbítani ugyanazon a távolságon, mint a qubitek, ami a kvantumkommunikáció következő generációjának alapját képezi.
Kérésre Quit mozgás
Az általa vezetett új fizikai tanulmány részekéntStefan Strauffal, a Stevens Egyetem Nanofotonikai Laboratóriumának vezetőjével megmutatta, hogyan lehet egyedi repülő quditokat vagy „pergő” fotonokat igény szerint létrehozni és irányítani. Ez az áttörés nagymértékben kibővíti a kvantumkommunikációs eszközök képességeit.
Fotonok. Fotó: commons.wikimedia.org
A kísérlet sajátossága, hogy a spinés a pálya szögimpulzusa a foton független tulajdonságai. Az új eszköz az első, amely mindkettőt egyszerre tudja irányítani, a köztük lévő ellenőrzött kommunikáció segítségével.
Mindez megtehető egyetlen fotonnal, nem pedig klasszikus fénysugarakkal: alapvető követelmény minden kvantumkommunikációs alkalmazásnál.
Mit fog ez adni?
A fizikusok szerint a kódolásAz orbitális szögimpulzusban lévő információ radikálisan megnöveli az átvitel mennyiségét. A kanyargós fotonok használata növeli a kvantumkommunikációs eszközök áteresztőképességét, lehetővé téve számukra sokkal gyorsabb adatátvitelt.
Hogyan jöttek létre a „csavaró” fotonok?
"csavargó" fotonok létrehozására, tudósokegy atom vastagságú wolfram-diszelenid filmet, egy új félvezető anyagot használtak egy kvantumsugárzó létrehozására, amely képes egyetlen foton kibocsátására.
Ezután csatlakoztattak egy kvantumsugárzótfánk alakú belső visszaverő térrel - gyűrűrezonátor. Az emitter és a fogaskerék-rezonátor helyének finomhangolását arra használták, hogy a foton forgását és keringési szögimpulzusát kölcsönhatásba kényszerítsék, hogy igény szerint egyedi "csavar" fotonokat hozzanak létre.
A zárolási funkció engedélyezésének kulcsa azA spin impulzus a gyűrűrezonátor szaggatott mintája. Gondosan megtervezve kanyargós, örvénylő fénysugarat hoz létre, amelyet a készülék fénysebességgel bocsát ki.
Ezeket a képességeket egyetlen mikrochipbe integrálvaA mindössze 20 mikron átmérőjű – körülbelül negyede az emberi hajszál szélességének – a fizikusok kanyargós fotonokból álló emittert hoztak létre. Különlegessége, hogy egy kvantumkommunikációs rendszer részeként képes kölcsönhatásba lépni más szabványosított komponensekkel.
Mi a következő?
A fejlesztés szerzője megjegyezte, hogy több is vanfontos problémákat. Igen, az új technológia képes szabályozni azt az irányt, amelyben a foton spirálisan halad – az óramutató járásával megegyező vagy ellentétes irányba. Azonban további fejlesztésekre van szükség a pálya szögmomentum módok pontos számának szabályozásához. Ez kritikusan fontos, mert elméletileg lehetséges egy fotonba különböző értékek végtelen tartományát írni, majd kivonni belőle.
A tudósok szerint a Strauf Nanofotonikai Laboratóriumában a közelmúltban végzett kísérletek ígéretes eredményeket mutatnak. Tehát ez a probléma hamarosan megoldható.
További munkára is szükség vanolyan eszköz létrehozására, amely szigorúan konzisztens kvantumtulajdonságokkal rendelkező, csavart fotonokat, azaz megkülönböztethetetlen fotonokat hoz létre. Ez kulcsfontosságú követelmény a kvantuminternet megvalósításához. A tudósok szerint az ilyen problémák mindenkit érintenek, aki a kvantumfotonika területén dolgozik. Megoldásukhoz új áttörésekre lesz szükség az anyagtudományban.
Olvass tovább:
Több mint 35 millió éve borostyánban "rejtett" szárnyas rovarok ismeretlen faja
Az Északi Áramlatból származó gázszivárgást az űrből mutatták ki
Nézze meg, hogyan közeledett a Jupiter és a Hold az éjszakai égbolton