量子コンピューターと通信デバイスは、情報を個別の情報や情報にエンコードすることで機能します。
キュービットとキューディットとは何ですか?
通常、量子通信システムは「記録」します。光子の回転の角運動量に関する情報。この場合、右または左の円回転を実行するか、2 つの光子の量子重ね合わせ (2 次元量子ビット) を形成します。
情報を暗号化することも可能光子の軌道角運動量、つまり各光子がビームの中心の周りを回転するときに光がたどり、ねじれながら前進する「コルク栓抜き」の経路について説明します。スピンと角運動量の組み合わせにより、多次元量子配列が形成され、理論的には無限の範囲の値を単一の光子にエンコードして伝播する能力が得られます。
量子ビットと量子ビットは次の目的で使用されます。光子に保存された情報をある点から別の点に広めること。主な違いは、量子ビットは量子ビットよりも同じ距離ではるかに多くの情報を送信でき、次世代の量子通信の基盤となることです。
リクエストに応じてクディットの動き
主導による新しい物理学の研究の一環としてスティーブンス大学のナノフォトニクス研究室の所長であるステファン・ストラウフ氏との共同研究では、オンデマンドで個々の飛行クディット、つまり「蠢く」光子を作成し、制御する方法を示しました。このブレークスルーにより、量子通信ツールの機能が大幅に拡張されます。
光子。写真: commons.wikimedia.org
この実験の特徴は、スピンが軌道角運動量と軌道角運動量は光子の独立した特性です。新しいデバイスは、それらの間の制御された通信を使用して、両方を同時に制御できる最初のデバイスです。
これはすべて、古典的な光ビームではなく単一光子を使用して実行できます。これは、あらゆる量子通信アプリケーションの基本要件です。
それは何を与えるでしょうか？
物理学者によると、コーディングは軌道角運動量の情報は、伝達する量を大幅に増加させます。曲がりくねった光子の使用により、量子通信ツールのスループットが向上し、より高速にデータを送信できるようになります。
「曲がりくねった」フォトンはどのように作成されましたか?
「ねじれる」光子を作り出すために、科学者たちはは、新しい半導体材料である二セレン化タングステンの原子厚の膜を使用して、単一光子を放出できる量子エミッターを作成しました。
次に彼らは量子エミッターを接続しましたドーナツの形をした内部反射空間を持つリング共振器。エミッターとギア共振器の位置を微調整することで、光子のスピンとその軌道角運動量を強制的に相互作用させ、オンデマンドで個々の「ねじれ」光子を生成しました。
このロック機能を有効にする鍵は次のとおりです。スピンパルスはリング共振器のギザギザのパターンです。慎重に設計すると、デバイスが光の速度で放射する、曲がりくねった渦巻く光線が生成されます。
これらの機能を 1 つのマイクロチップに統合することで、物理学者は、幅わずか 20 ミクロン (人間の髪の毛の幅の約 4 分の 1) の、曲がりくねった光子の放射体を作成しました。その特別な特徴は、量子通信システムの一部として他の標準化されたコンポーネントと対話できることです。
次は何ですか？
開発の作成者は、いくつかの点があると述べました。重要な問題。はい、新しいテクノロジーにより、光子がらせん状に移動する方向 (時計回りまたは反時計回り) を制御できます。ただし、軌道角運動量モードの正確な数を制御するには、さらなる改善が必要です。理論的には、無限の範囲の異なる値を 1 つのフォトンに書き込み、そこから抽出することが可能であるため、これは非常に重要です。
科学者らによると、シュトラウフのナノフォトニクス研究所での最近の実験では有望な結果が示されているという。したがって、この問題はすぐに解決できます。
さらなる作業も必要です厳密に一貫した量子特性を持つねじれた光子、つまり区別できない光子を生成するデバイスを作成することです。これは量子インターネットを実現するための重要な要件です。科学者によると、このような問題は量子フォトニクスの分野で働くすべての人に影響を及ぼします。これらを解決するには、材料科学における新たなブレークスルーが必要です。
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