Kvantiniai kompiuteriai ir ryšių įrenginiai veikia koduodami informaciją į individualias arba
Kas yra kubitai ir quditai?
Paprastai kvantinės komunikacijos sistemos „įrašo“informacija apie fotono sukimosi kampinį momentą. Šiuo atveju jie atlieka arba į dešinę, arba į kairę apskritą sukimąsi, arba sudaro dviejų fotonų kvantinę superpoziciją – dvimatį kubitą.
Taip pat galima užkoduoti informacijąapie fotono orbitinį kampinį impulsą – „kamščiatraukio“ kelią, kuriuo seka šviesa, besisukdama ir judama į priekį, kai kiekvienas fotonas sukasi aplink spindulio centrą. Dėl sukimosi ir kampinio momento derinio susidaro daugiamatis qudit ir gebėjimas užkoduoti ir skleisti bet kurį teoriškai begalinį verčių diapazoną vienu fotonu.
Naudojami kubitai ir quditaifotonuose saugomos informacijos sklaida iš vieno taško į kitą. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad quditai gali perduoti daug daugiau informacijos tuo pačiu atstumu nei kubitai, o tai yra naujos kartos kvantinio ryšio pagrindas.
Kudi judėjimas pagal pageidavimą
Kaip dalis naujo fizikos tyrimo, kuriam vadovavosu Stevenso universiteto Nanofotonikos laboratorijos vadovu Stefanu Straufu parodė, kaip pagal poreikį sukurti ir valdyti atskirus skraidančius kuditus arba „išsisukusius“ fotonus. Šis proveržis labai išplės kvantinės komunikacijos priemonių galimybes.
Fotonai. Nuotrauka: commons.wikimedia.org
Eksperimento ypatumas yra tas, kad sukinyso orbitos kampinis momentas yra nepriklausomos fotono savybės. Naujasis įrenginys yra pirmasis, kuris gali valdyti abu tuo pačiu metu, naudodamas kontroliuojamą ryšį tarp jų.
Visa tai galima padaryti naudojant pavienius fotonus, o ne klasikinius šviesos pluoštus: pagrindinis reikalavimas bet kokiai kvantinio ryšio programai.
Ką tai duos?
Anot fizikų, kodavimasOrbitos kampinio momento informacija radikaliai padidina jos perdavimo tūrį. Vingiuotų fotonų naudojimas padidins kvantinio ryšio priemonių pralaidumą, leisdamas jiems perduoti duomenis daug greičiau.
Kaip buvo sukurti „kreivi“ fotonai?
Sukurti „sukančius“ fotonus, mokslininkaipanaudojo atomo storio volframo diselenido plėvelę, naują puslaidininkinę medžiagą, kad sukurtų kvantinį spinduolį, galintį skleisti pavienius fotonus.
Tada jie sujungė kvantinį spinduolįsu vidine atspindinčia spurgos formos erdve – žiedo rezonatorius. Tikslus emiterio ir krumpliaračio rezonatoriaus vietos derinimas buvo naudojamas siekiant priversti fotono sukimąsi ir jo orbitinį kampinį impulsą sąveikauti, kad būtų sukurti atskiri „supūlingi“ fotonai pagal poreikį.
Šios užrakinimo funkcijos įjungimo raktas yraSukimosi impulsas yra dantytas žiedo rezonatoriaus modelis. Kruopščiai suprojektuotas, jis sukuria vingiuotą, besisukantį šviesos spindulį, kurį prietaisas skleidžia šviesos greičiu.
Sujungus šias galimybes į vieną mikroschemąTik 20 mikronų skersmens – maždaug ketvirtadalį žmogaus plauko pločio – fizikai sukūrė vingiuotų fotonų spinduliuotę. Jo ypatybė yra ta, kad ji gali sąveikauti su kitais standartizuotais komponentais kaip kvantinės komunikacijos sistemos dalis.
Kas toliau?
Kūrimo autorius pažymėjo, kad yra keletassvarbių problemų. Taip, naujos technologijos gali valdyti fotono judėjimo kryptį spirale – pagal laikrodžio rodyklę arba prieš laikrodžio rodyklę. Tačiau norint kontroliuoti tikslų orbitos kampinio momento režimų skaičių, reikia tobulinti. Tai labai svarbu, nes teoriškai į vieną fotoną galima įrašyti begalinį įvairių reikšmių diapazoną ir iš jo išgauti.
Pasak mokslininkų, naujausi eksperimentai Straufo nanofotonikos laboratorijoje rodo daug žadančius rezultatus. Taigi šią problemą galima greitai išspręsti.
Taip pat reikia tolesnio darbosukurti įrenginį, kuris sukurs susuktus fotonus su griežtai nuosekliomis kvantinėmis savybėmis, tai yra, niekuo neišsiskiriančius fotonus. Tai yra pagrindinis reikalavimas įgyvendinant kvantinį internetą. Anot mokslininkų, tokios problemos kamuoja visus, dirbančius kvantinės fotonikos srityje. Norint juos išspręsti, reikės naujų medžiagų mokslo proveržių.
Skaityti daugiau:
Nežinoma sparnuotųjų vabzdžių rūšis, „paslėpta“ gintare daugiau nei 35 milijonus metų
Buvo parodytas dujų nuotėkis iš „Nord Stream“ iš kosmoso
Pažiūrėkite, kaip Jupiteris ir Mėnulis artėjo naktiniame danguje