פיזיקאים הבינו כיצד להאיץ את הדור הבא של תקשורת קוונטית. הדבר העיקרי

מחשבים קוונטיים והתקני תקשורת פועלים על ידי קידוד מידע ליחיד או

פוטונים סבוכים.זה עוזר להעביר ולנהל נתונים בצורה מאובטחת מהר יותר ממה שאפשר עם אלקטרוניקה קונבנציונלית. כדי לשפר את הטכנולוגיה, עובדים במכון הטכנולוגי של סטיבנס פיתחו קידוד הרבה יותר מידע לפוטון בודד. זה יסלול את הדרך לכלי תקשורת קוונטיים מהירים וחזקים יותר.

מה הם קיוביטים וקוודיטים?

בדרך כלל, מערכות תקשורת קוונטיות "מתעדות"מידע על התנע הזוויתי של סיבוב הפוטונים. במקרה זה, הם מבצעים סיבוב מעגלי ימינה או שמאלה, או יוצרים סופרפוזיציה קוונטית של שני פוטונים - קיוביט דו מימדי.

אפשר גם לקודד מידעעל התנע הזוויתי של הפוטון - נתיב "חולץ הפקקים" שהאור עוקב אחריו, מתפתל ונע קדימה כשכל פוטון מסתובב סביב מרכז האלומה. השילוב של ספין ותנע זוויתי מביא להיווצרות של qudit רב ממדי וליכולת לקודד ולהפיץ כל אחד מטווח אינסופי תיאורטית של ערכים עם פוטון בודד.

עבור קוויביטים ו- קודיטיםהפצת מידע המאוחסן בפוטונים מנקודה אחת לאחרת. ההבדל העיקרי הוא ש-qudits יכולים להעביר הרבה יותר מידע באותו מרחק מאשר qudits, מה שמספק את הבסיס לדור הבא של תקשורת קוונטית.

תנועת קודית לפי בקשה

כחלק ממחקר פיזיקה חדש בראשותעם Stefan Strauf, ראש המעבדה לננופוטוניקה באוניברסיטת סטיבנס, הראה כיצד ליצור ולשלוט בקווידטים מעופפים בודדים, או פוטונים "מתפתלים", לפי דרישה. פריצת דרך זו תרחיב מאוד את היכולות של כלי תקשורת קוונטיים.

פוטונים. צילום: commons.wikimedia.org

הייחודיות של הניסוי היא שהספיןותנע זוויתי מסלולי הם תכונות עצמאיות של פוטון. המכשיר החדש הוא הראשון שיכול לשלוט בשניהם בו זמנית, באמצעות תקשורת מבוקרת ביניהם.

כל זה יכול להיעשות באמצעות פוטונים בודדים ולא קרני אור קלאסיות: דרישה בסיסית לכל יישום תקשורת קוונטית.

מה זה ייתן?

לפי פיזיקאים, קידודמידע בתנע זוויתי במסלול מגדיל באופן קיצוני את נפחו לשידור. השימוש בפוטונים מפותלים יגדיל את התפוקה של כלי תקשורת קוונטיים, ויאפשר להם להעביר נתונים הרבה יותר מהר.

כיצד נוצרו הפוטונים ה"מעוקלים"?

כדי ליצור פוטונים "מתפתלים", מדעניםהשתמש בסרט בעובי אטום של טונגסטן דיסלניד, חומר מוליך למחצה חדש, כדי ליצור פולט קוונטי המסוגל לפלוט פוטונים בודדים.

לאחר מכן חיברו פולט קוונטיעם חלל רפלקטיבי פנימי בצורת סופגנייה - מהוד טבעת. כוונון עדין של המיקום של הפולט ומהוד ההילוכים שימש כדי לאלץ את הספין של הפוטון והתנע הזוויתי המסלולי שלו ליצור אינטראקציה כדי ליצור פוטונים "קוצניים" בודדים לפי דרישה.

המפתח להפעלת תכונת נעילה זו הואדופק הספין הוא התבנית המשוננת של מהוד הטבעת. כאשר הוא מתוכנן בקפידה, הוא יוצר קרן אור מתפתלת ומתפתלת שהמכשיר פולט במהירות האור.

על ידי שילוב היכולות הללו לתוך שבב אחדבגודל של 20 מיקרון בלבד לרוחב - כרבע מרוחב של שערה אנושית - הפיזיקאים יצרו פולט של פוטונים מפותלים. התכונה המיוחדת שלו היא שהוא מסוגל ליצור אינטראקציה עם רכיבים סטנדרטיים אחרים כחלק ממערכת תקשורת קוונטית.

מה הלאה?

מחבר הפיתוח ציין שיש כמהבעיות חשובות. כן, טכנולוגיה חדשה יכולה לשלוט בכיוון שבו פוטון נע בספירלה - בכיוון השעון או נגד כיוון השעון. עם זאת, נדרשים שיפורים נוספים כדי לשלוט במספר המדויק של מצבי התנע הזוויתי במסלול. זה חשוב ביותר, כי תיאורטית, אפשר לכתוב טווח אינסופי של ערכים שונים לתוך פוטון אחד, ואז לחלץ ממנו.

לדברי המדענים, ניסויים אחרונים במעבדת הננופוטוניקה של שטרוף מראים תוצאות מבטיחות. אז את הבעיה הזו ניתן לפתור בקרוב.

יש צורך גם בעבודה נוספתליצור מכשיר שייצור פוטונים מעוותים בעלי תכונות קוונטיות עקביות בהחלט, כלומר, פוטונים שלא ניתן להבחין בהם. זוהי דרישת מפתח למימוש האינטרנט הקוונטי. לדברי מדענים, בעיות כאלה משפיעות על כל מי שעוסק בתחום הפוטוניקה הקוונטית. הפתרון שלהם ידרוש פריצות דרך חדשות במדעי החומרים.

קרא עוד:

מין לא ידוע של חרק מכונף "חבוי" בענבר במשך יותר מ-35 מיליון שנה

דליפת גז מנורד סטרים הוצגה מהחלל

ראה כיצד צדק והירח התקרבו בשמי הלילה