Kvantu mehānikas ietekme, tostarp divu daļiņu sapīšanās (parādība, kurā atsevišķi stāvokļi
Ir paziņojušas divas neatkarīgas pētnieku grupasveidojot atsevišķu fotonu avotus, kas nepieciešami datu pārraidei kvantu tīklā. Vācu pētnieki no Maksa Planka Kvantu optikas institūta un Minhenes Tehniskās universitātes izmantoja silīcija kristālā iestrādātus erbija atomus, kas rada gaismu ar frekvenci, kas atbilst mūsdienu sakaru tīkliem.
Un Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta inženieriInstitūts izmanto perovskīta nanokristālus, kuru ražošana ir viegli mērogojama. Tomēr tiem nav nepieciešama liela dzesēšana, un tie var darboties istabas temperatūrā.
Kas ir kvantu tīkls?
Kvantu datori teorētiski varētu darbotiesproblēmas, kuras nevar atrisināt pat pasaules jaudīgākajos superdatoros. Tos var izmantot, lai modelētu materiālu un sarežģītu sistēmu īpašības. Bet, lai sasniegtu patiesi nozīmīgus rezultātus, mums ir nepieciešams efektīvs veids, kā savienot kvantu informācijas mezglus — sadalītus kvantu procesorus.
Tā kā kvantu datori būtībā iratšķiras no klasiskajām, parastās informācijas pārraidīšanas metodes tiem nav tieši piemērojamas. Kvantu informācija ir sarežģītāka: tā vietā, lai saglabātu tikai vērtību 0 vai 1, kā tas ir klasiskajos datoros, kubits var vienlaikus iegūt vērtības 0 un 1 (parādība, kas pazīstama kā superpozīcija).
Ideāls risinājums ir kvantu tīkls -savienojums, kurā notiek tieša informācijas kubitu apmaiņa, vienlaikus saglabājot kvantu mehāniskās īpašības. Kvantu tīkls savieno apstrādes mezglus, izmantojot fotonus, kas iet caur īpašiem starpsavienojumiem, kas pazīstami kā viļņvadi.
Šī savienojuma priekšrocība ir tāKvantu ierīces sazinās tieši, nodrošinot ātrāku datu apstrādi. Turklāt šādus tīklus var izmantot drošai datu pārraidei: tiklīdz uzbrucējs mēģinās pārtvert fotonos “kodēto” informāciju, daļiņu kvantu īpašības tiks zaudētas un dati kļūs nelietojams.
Erbija atomi silīcija kristālā
Kvantu rezonators uz silīcija kristāla bāzes. Attēls: MCQST
Vācu inženieri ir izstrādājuši optikurezonators kvantu tīkliem, kuru pamatā ir silīcija kristāls, kas leģēts ar erbija atomiem. Izstrāde seko tās pašas grupas iepriekšējiem pētījumiem par atsevišķu retzemju atomu iegulšanu kristāliskā silīcijā, izmantojot salīdzinoši zemu temperatūru (apmēram 500 °C), lai nodrošinātu, ka liels skaits erbija atomu nesagrupējas kopā silīcija režģī.
Jaunā pētījumā, kura rezultātipublicēts žurnālā Optica, pētnieki parādīja, ka, izmantojot šādus kristālus, ir iespējams ģenerēt atsevišķus fotonus ar vēlamām īpašībām. Erbija atomiem, kas ievietoti silīcija kristālā, piemīt izcilas optiskās īpašības, atzīmē pētījuma autori. Tie izstaro gaismu ar viļņa garumu 1536 nm. Tas ir gandrīz identisks gaismai, ko izmanto datu pārraidei klasiskajos optisko šķiedru tīklos.
Inženieri ir izstrādājuši leģētu rezonatoruerbijs, kas atšķiras no parastajiem dizainiem ar to, ka nesatur spoguļus. Tā vietā tiek izmantots regulārs nanometru izmēra caurumu modelis kristāliskajā silīcijā. Tas nozīmē, ka viss rezonators ir tikai dažus mikronus garš un satur tikai dažus desmitus erbija atomu. Savienojot rezonatoru ar optisko šķiedru un ierosinot atomus ar lāzeru, pētnieki demonstrēja spēju izstarot atsevišķus fotonus ar vēlamajām īpašībām.
Pētnieki atzīmē divas galvenās priekšrocības,kas, viņuprāt, padara ar erbiju leģētu silīciju "ideālu kandidātu kvantu tīklu veidošanai". Pirmkārt, tā pamatā ir klasisks materiāls, ko plaši izmanto pusvadītāju ražošanā, kas nozīmē, ka nepieciešamo komponentu vērienīgai izveidei nebūs jārada jaunas sarežģītas ražošanas iekārtas.
Un, otrkārt, sistēma darbojas relatīviaugsta (kvantu tehnoloģijām) temperatūra - apmēram 8 K (-265 ° C). Atšķirībā no sistēmām, kas darbojas tuvu absolūtai nullei, šādus apstākļus ir vieglāk izveidot, atdzesējot kriostatā ar šķidru hēliju.
Perovskīti kā viena fotona avoti
Perovskīta nanokristāli. Attēls: MIT
MIT pētnieki piedāvā alternatīvumateriāls kvantu tīklu veidošanai - perovskīti. Šis materiāls jau ir plaši pazīstams kā potenciāla alternatīva silīcijam saules baterijās. Pētījumā, kas publicēts žurnālā Nature Photonics, inženieri parādīja, ka viņi var arī radīt identisku fotonu plūsmu.
Savos pētījumos fiziķi izmantojasvina halīta perovskīta nanodaļiņas. Saules baterijas izmanto plānas šī materiāla plēves, un nanodaļiņu formā tām ir neticami augsts kriogēnās emisijas līmenis, kas tos atšķir no citām koloidālajām pusvadītāju nanodaļiņām. Jo ātrāk tiek izstarota gaisma, jo lielāka iespēja, ka izejas signālam būs precīzi definēta viļņu funkcija, kas nepieciešama kvantu tīkliem.
Чтобы проверить, что фотоны, которые они генерируют, действительно обладают нужными свойствами, исследователи провели стандартный тест. Он заключается в обнаружении особого вида интерференции между двумя фотонами, эффект Хонга — У — Мандела. Результаты эксперимента подтвердили, что источник излучает квантовый свет.
Исследователи отмечают, что пока установка не совершенна и работает с помехами, но они уверены, что их можно будет преодолеть, поместив перовскиты в оптический резонатор — эффект, который работает с другими материалами.
Одновременно исследователи отмечают преимущество технологии в простоте производства. «Причина, по которой другие источники когерентны, заключается в том, что они сделаны из самых чистых материалов и один за другим, атом за атомом. Таким образом, у нас очень плохая масштабируемость и очень плохая воспроизводимость», — говорит Александр Каплан, соавтор исследования. Напротив, наночастицы перовскита сделаны в растворе и просто нанесены на материал подложки. Кроме того, такие источники работают при комнатной температуре и не требуют охлаждения.
Обе предложенных технологии пока не являются готовым решением для построения квантовых сетей. Но это шаг в нужном направлении. Тот факт, что разные группы исследователей по всему миру разрабатывают альтернативные технологии и пытаются найти решение, которое будет относительно дешево и просто масштабировать, говорит, что вскоре квантовые сети могут стать реальностью.
Lasīt vairāk:
Странный объект горячее Солнца удивил астрономов
Mongolijā tika atrasts artefakts, kas atgādina fallu: tas ir aptuveni 42 000 gadu vecs
Āzijā ir atrasts garākais koks: mēs parādām, kā tas izskatās
Изображение на обложке: C. Hohmann, MCQST