양자 컴퓨터와 통신 장치는 정보를 개인 또는 컴퓨터로 인코딩하여 작동합니다.
큐비트와 큐딧이란?
일반적으로 양자 통신 시스템은 "기록"합니다.광자 회전의 각운동량에 대한 정보. 이 경우 오른쪽 또는 왼쪽 원형 회전을 수행하거나 두 광자의 양자 중첩(2차원 큐비트)을 형성합니다.
정보를 인코딩하는 것도 가능합니다광자의 궤도 각운동량 - 빛이 따라가는 "코르크 마개 뽑기" 경로, 각 광자가 빔 중심을 중심으로 회전할 때 뒤틀리고 앞으로 이동합니다. 스핀과 각운동량의 조합으로 인해 다차원 큐디트가 형성되고 단일 광자로 이론적으로 무한한 범위의 값을 인코딩하고 전파할 수 있는 능력이 탄생합니다.
큐비트와 큐디트는 다음 용도로 사용됩니다.한 지점에서 다른 지점으로 광자에 저장된 정보를 전파합니다. 주요 차이점은 큐디트는 큐비트보다 동일한 거리에서 훨씬 더 많은 정보를 전송할 수 있어 차세대 양자 통신의 기반을 제공할 수 있다는 것입니다.
요청 시 Kudit 이동
새로운 물리학 연구의 일환으로Stevens University의 Nanophotonics Laboratory 책임자인 Stefan Strauf와 함께 필요에 따라 개별 비행 큐디트 또는 "뒤틀린" 광자를 생성하고 제어하는 방법을 보여주었습니다. 이 획기적인 발전은 양자 통신 도구의 기능을 크게 확장할 것입니다.
광자. 사진: commons.wikimedia.org
실험의 특이한 점은 스핀이다.궤도 각운동량은 광자의 독립적인 특성입니다. 새로운 장치는 두 장치 사이의 제어된 통신을 사용하여 두 장치를 동시에 제어할 수 있는 최초의 장치입니다.
이 모든 작업은 기존 광선 대신 단일 광자를 사용하여 수행할 수 있습니다. 이는 모든 양자 통신 응용 분야의 기본 요구 사항입니다.
그것은 무엇을 줄 것인가?
물리학자들에 따르면 코딩은궤도 각운동량에 대한 정보는 전송량을 급격하게 증가시킵니다. 비틀린 광자를 사용하면 양자 통신 도구의 처리량이 증가하여 데이터를 훨씬 더 빠르게 전송할 수 있습니다.
"곡선" 광자는 어떻게 만들어졌습니까?
"뒤틀린" 광자를 생성하기 위해 과학자들은단일 광자를 방출할 수 있는 양자 방출기를 만들기 위해 새로운 반도체 물질인 텅스텐 디셀레나이드의 원자 두께 필름을 사용했습니다.
그런 다음 양자 방출기를 연결했습니다.도넛 모양의 내부 반사 공간(링 공진기)이 있습니다. 방출기와 기어 공진기의 위치를 미세 조정하여 광자의 스핀과 궤도 각 운동량이 상호 작용하여 필요에 따라 개별 "가시" 광자를 생성하도록 했습니다.
이 잠금 기능을 활성화하는 핵심은 다음과 같습니다.스핀 펄스는 링 공진기의 들쭉날쭉한 패턴입니다. 세심하게 설계하면 장치가 빛의 속도로 방출하는 구불구불하고 소용돌이치는 빛의 광선을 생성합니다.
이러한 기능을 하나의 마이크로칩에 통합함으로써인간 머리카락 너비의 약 4분의 1에 불과한 20미크론 크기의 물리학자들이 구불구불한 광자의 방출기를 만들었습니다. 그 특별한 특징은 양자 통신 시스템의 일부로 다른 표준화된 구성 요소와 상호 작용할 수 있다는 것입니다.
다음은 무엇입니까?
개발 작성자는 여러 가지가 있다고 언급했습니다.중요한 문제. 그렇습니다. 새로운 기술은 광자가 나선형으로 이동하는 방향(시계 방향 또는 시계 반대 방향)을 제어할 수 있습니다. 그러나 정확한 궤도각 운동량 모드 수를 제어하려면 추가 개선이 필요합니다. 이론적으로 하나의 광자에 무한한 범위의 서로 다른 값을 쓴 다음 그로부터 추출하는 것이 가능하기 때문에 이는 매우 중요합니다.
과학자들에 따르면 Strauf 나노포토닉스 연구소(Strauf Nanophotonics Laboratory)의 최근 실험에서는 유망한 결과가 나타났습니다. 따라서 이 문제는 곧 해결될 수 있습니다.
추가 작업도 필요합니다엄격하게 일관된 양자 특성, 즉 구별할 수 없는 광자를 갖는 뒤틀린 광자를 생성하는 장치를 만드는 것입니다. 이는 양자인터넷을 구현하기 위한 핵심 요구사항이다. 과학자들에 따르면 이러한 문제는 양자 포토닉스 분야에서 일하는 모든 사람에게 영향을 미칩니다. 이 문제를 해결하려면 재료 과학의 새로운 혁신이 필요합니다.
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