I computer quantistici e i dispositivi di comunicazione funzionano codificando le informazioni in individui o
Cosa sono i qubit e i qudit?
Tipicamente, i sistemi di comunicazione quantistica "registrano"informazioni sul momento angolare della rotazione del fotone. In questo caso, eseguono una rotazione circolare destra o sinistra o formano una sovrapposizione quantistica di due fotoni: un qubit bidimensionale.
È anche possibile codificare le informazionisul momento angolare orbitale del fotone: il percorso a "cavatappi" che la luce segue, torcendosi e avanzando mentre ciascun fotone ruota attorno al centro del raggio. La combinazione di spin e momento angolare si traduce nella formazione di un qudit multidimensionale e nella capacità di codificare e propagare qualsiasi gamma di valori teoricamente infinita con un singolo fotone.
Vengono utilizzati qubit e quditdiffusione delle informazioni immagazzinate nei fotoni da un punto all'altro. La differenza principale è che i qudit possono trasmettere molte più informazioni sulla stessa distanza rispetto ai qubit, fornendo la base per la prossima generazione di comunicazioni quantistiche.
Movimento Kudit su richiesta
Come parte di un nuovo studio di fisica condotto dacon Stefan Strauf, capo del laboratorio di nanofotonica dell'Università di Stevens, ha mostrato come creare e controllare singoli qudit volanti, o fotoni "dimenati", su richiesta. Questa svolta amplierà notevolmente le capacità degli strumenti di comunicazione quantistica.
fotoni. Foto: commons.wikimedia.org
La particolarità dell'esperimento è che lo spine il momento angolare orbitale sono proprietà indipendenti di un fotone. Il nuovo dispositivo è il primo in grado di controllarli entrambi contemporaneamente, utilizzando una comunicazione controllata tra di loro.
Tutto questo può essere fatto utilizzando singoli fotoni anziché i classici fasci di luce: un requisito fondamentale per qualsiasi applicazione di comunicazione quantistica.
Cosa darà?
Secondo i fisici, la codificale informazioni nel momento angolare orbitale aumentano radicalmente il loro volume di trasmissione. L’uso di fotoni tortuosi aumenterà la velocità di trasmissione degli strumenti di comunicazione quantistica, consentendo loro di trasmettere i dati molto più velocemente.
Come sono stati creati i fotoni "curvy"?
Per creare fotoni "tortoriali", scienziatiha utilizzato una pellicola spessa un atomo di diseleniuro di tungsteno, un nuovo materiale semiconduttore, per creare un emettitore quantistico in grado di emettere singoli fotoni.
Hanno quindi collegato un emettitore quantisticocon uno spazio riflettente interno a forma di ciambella - un risuonatore ad anello. La regolazione fine della posizione dell'emettitore e del risonatore a ingranaggi è stata utilizzata per forzare la rotazione del fotone e il suo momento angolare orbitale a interagire per creare singoli fotoni "spinosi" su richiesta.
La chiave per abilitare questa funzione di blocco èL'impulso di rotazione è il modello frastagliato del risonatore ad anello. Se progettato con cura, crea un fascio di luce sinuoso e vorticoso che il dispositivo emette alla velocità della luce.
Integrando queste funzionalità in un unico microchipMisurando appena 20 micron di diametro, circa un quarto della larghezza di un capello umano, i fisici hanno creato un emettitore di fotoni tortuosi. La sua particolarità è che è in grado di interagire con altri componenti standardizzati come parte di un sistema di comunicazione quantistica.
Qual è il prossimo?
L'autore dello sviluppo ha notato che ce ne sono diversiproblemi importanti. Sì, la nuova tecnologia può controllare la direzione in cui un fotone viaggia a spirale: in senso orario o antiorario. Tuttavia, sono necessari ulteriori miglioramenti per controllare il numero esatto di modalità del momento angolare orbitale. Questo è di fondamentale importanza perché, in teoria, è possibile scrivere una gamma infinita di valori diversi in un fotone e poi estrarli da esso.
Secondo gli scienziati, i recenti esperimenti condotti al Laboratorio di Nanofotonica di Strauf mostrano risultati promettenti. Quindi questo problema potrà essere risolto presto.
È inoltre necessario ulteriore lavorocreare un dispositivo che creerà fotoni contorti con proprietà quantistiche strettamente coerenti, cioè fotoni indistinguibili. Questo è un requisito fondamentale per realizzare l’Internet quantistica. Secondo gli scienziati, tali problemi riguardano chiunque lavori nel campo della fotonica quantistica. Risolverli richiederà nuove scoperte nella scienza dei materiali.
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