Kvantu datori un sakaru ierīces darbojas, kodē informāciju atsevišķā vai
Kas ir kubiti un quditi?
Parasti kvantu sakaru sistēmas "reģistrē"informācija par fotonu rotācijas leņķisko impulsu. Šajā gadījumā tie veic vai nu apļveida rotāciju pa labi vai pa kreisi, vai arī veido divu fotonu kvantu superpozīciju - divdimensiju kubitu.
Ir iespējams arī iekodēt informācijupar fotona orbītas leņķisko impulsu — "korķviļķa" ceļu, pa kuru seko gaisma, griežoties un virzoties uz priekšu, katram fotonam griežoties ap stara centru. Griezes un leņķiskā impulsa kombinācija rada daudzdimensiju qudit veidošanos un spēju kodēt un izplatīt jebkuru no teorētiski bezgalīga vērtību diapazona ar vienu fotonu.
Tiek izmantoti kubiti un quditifotonos glabātās informācijas izplatīšana no viena punkta uz otru. Galvenā atšķirība ir tā, ka qudits var pārraidīt daudz vairāk informācijas tādā pašā attālumā nekā kubiti, nodrošinot pamatu nākamās paaudzes kvantu sakariem.
Kudi kustība pēc pieprasījuma
Kā daļu no jauna fizikas pētījuma, kuru vadījakopā ar Stīvensa universitātes Nanofotonikas laboratorijas vadītāju Stefanu Straufu parādīja, kā pēc pieprasījuma izveidot un vadīt atsevišķus lidojošus quditus jeb “svītrojošus” fotonus. Šis sasniegums ievērojami paplašinās kvantu komunikācijas rīku iespējas.
Fotoni. Foto: commons.wikimedia.org
Eksperimenta īpatnība ir tāda, ka spinun orbitālais leņķiskais impulss ir neatkarīgas fotona īpašības. Jaunā ierīce ir pirmā, kas var vadīt abus vienlaikus, izmantojot kontrolētu saziņu starp tām.
To visu var izdarīt, izmantojot atsevišķus fotonus, nevis klasiskos gaismas starus: pamatprasība jebkurai kvantu komunikācijas lietojumprogrammai.
Ko tas dos?
Pēc fiziķu domām, kodēšanainformācija orbitālajā leņķiskajā impulsā radikāli palielina tās pārraides apjomu. Līkumotu fotonu izmantošana palielinās kvantu komunikācijas rīku caurlaidspēju, ļaujot tiem pārsūtīt datus daudz ātrāk.
Kā tika izveidoti "izliektie" fotoni?
Lai izveidotu "vērpjošus" fotonus, zinātniekiizmantoja atomu biezu volframa diselenīda plēvi, jaunu pusvadītāju materiālu, lai izveidotu kvantu emitētāju, kas spēj izstarot atsevišķus fotonus.
Pēc tam viņi savienoja kvantu emitētājuar iekšējo atstarojošo telpu virtuļa formā - gredzena rezonators. Izstarotāja un zobrata rezonatora atrašanās vietas precizēšana tika izmantota, lai piespiestu fotona griešanos un tā orbītas leņķisko impulsu mijiedarboties, lai pēc pieprasījuma izveidotu atsevišķus "vērpšanas" fotonus.
Šīs bloķēšanas funkcijas iespējošanas atslēga irGriezuma impulss ir gredzena rezonatora robains raksts. Ja tas ir rūpīgi izstrādāts, tas rada līkumotu, virpuļojošu gaismas staru, ko ierīce izstaro ar gaismas ātrumu.
Integrējot šīs iespējas vienā mikroshēmāfiziķi ir izveidojuši līkumotu fotonu emitētāju, kura diametrs ir tikai 20 mikroni — apmēram ceturtdaļa cilvēka mata platuma. Tā īpašā iezīme ir tā, ka tā spēj mijiedarboties ar citiem standartizētiem komponentiem kā daļu no kvantu sakaru sistēmas.
Kas tālāk?
Izstrādes autors atzīmēja, ka ir vairākisvarīgas problēmas. Jā, jaunā tehnoloģija var kontrolēt virzienu, kurā fotons pārvietojas pa spirāli — pulksteņrādītāja virzienā vai pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Tomēr ir nepieciešami turpmāki uzlabojumi, lai kontrolētu precīzu orbītas leņķiskā impulsa režīmu skaitu. Tas ir ļoti svarīgi, jo teorētiski vienā fotonā ir iespējams ierakstīt bezgalīgu dažādu vērtību diapazonu un pēc tam iegūt no tā.
Pēc zinātnieku domām, nesenie eksperimenti Straufa nanofotonikas laboratorijā uzrāda daudzsološus rezultātus. Tātad šī problēma drīz tiks atrisināta.
Nepieciešams arī turpmāks darbsizveidot ierīci, kas radīs savītus fotonus ar stingri konsekventām kvantu īpašībām, tas ir, neatšķiramus fotonus. Šī ir galvenā prasība, lai realizētu kvantu internetu. Pēc zinātnieku domām, šādas problēmas skar ikvienu, kas darbojas kvantu fotonikas jomā. Lai tos atrisinātu, būs nepieciešami jauni sasniegumi materiālu zinātnē.
Lasīt vairāk:
Nezināma spārnoto kukaiņu suga, kas vairāk nekā 35 miljonus gadu "slēpta" dzintarā
Tika parādīta gāzes noplūde no Nord Stream no kosmosa
Skatiet, kā Jupiters un Mēness tuvojās naksnīgajās debesīs