Kvantedatamaskiner og kommunikasjonsenheter fungerer ved å kode informasjon til individuelle eller
Hva er qubits og qudits?
Vanligvis "registrerer" kvantekommunikasjonssystemerinformasjon om vinkelmomentet til fotonrotasjon. I dette tilfellet utfører de enten en høyre eller venstre sirkulær rotasjon, eller danner en kvantesuperposisjon av to fotoner - en todimensjonal qubit.
Det er også mulig å kode informasjonom fotonets orbitale vinkelmomentum – "korketrekker"-banen som lyset følger, vrir seg og beveger seg fremover mens hvert foton roterer rundt midten av strålen. Kombinasjonen av spinn og vinkelmomentum resulterer i dannelsen av en flerdimensjonal qudit og evnen til å kode og forplante en hvilken som helst av et teoretisk uendelig verdiområde med et enkelt foton.
Qubits og qudits brukes tilspredning av informasjon lagret i fotoner fra ett punkt til et annet. Hovedforskjellen er at qudits kan overføre mye mer informasjon over samme avstand enn qubits, og gir grunnlaget for neste generasjon kvantekommunikasjon.
Kudit-bevegelse på forespørsel
Som en del av en ny fysikkstudie ledet avmed Stefan Strauf, leder for Nanophotonics Laboratory ved Stevens University, viste hvordan man lager og kontrollerer individuelle flygende qudits, eller "squirmy" fotoner, på forespørsel. Dette gjennombruddet vil i stor grad utvide mulighetene til kvantekommunikasjonsverktøy.
Fotoner. Foto: commons.wikimedia.org
Det særegne ved eksperimentet er at spinnetog orbital vinkelmomentum er uavhengige egenskaper til et foton. Den nye enheten er den første som kan kontrollere begge samtidig, ved å bruke kontrollert kommunikasjon mellom dem.
Alt dette kan gjøres ved å bruke enkeltfotoner i stedet for klassiske lysstråler: et grunnleggende krav for enhver kvantekommunikasjonsapplikasjon.
Hva vil det gi?
I følge fysikere, kodinginformasjon i orbital vinkelmoment øker radikalt volumet for overføring. Bruken av kronglete fotoner vil øke gjennomstrømningen av kvantekommunikasjonsverktøy, slik at de kan overføre data mye raskere.
Hvordan ble de "krumme" fotonene skapt?
For å lage "vridende" fotoner, forskerebrukte en atomtykk film av wolframdiselenid, et nytt halvledermateriale, for å lage en kvanteemitter som er i stand til å sende ut enkeltfotoner.
De koblet deretter til en kvanteemittermed et internt reflekterende rom i form av en smultring - en ringresonator. Finjustering av plasseringen av emitteren og girresonatoren ble brukt til å tvinge fotonets spinn og dets orbitale vinkelmomentum til å samhandle for å skape individuelle "vri"-fotoner på forespørsel.
Nøkkelen til å aktivere denne låsefunksjonen erSpinnpulsen er det taggete mønsteret til ringresonatoren. Når den er nøye utformet, skaper den en svingete, virvlende lysstråle som enheten sender ut med lysets hastighet.
Ved å integrere disse egenskapene i én mikrobrikkesom måler bare 20 mikron på tvers – omtrent en fjerdedel av bredden til et menneskehår – har fysikere skapt en emitter av kronglete fotoner. Dens spesielle funksjon er at den er i stand til å samhandle med andre standardiserte komponenter som en del av et kvantekommunikasjonssystem.
Hva er neste?
Forfatteren av utviklingen bemerket at det er flereviktige problemer. Ja, ny teknologi kan kontrollere retningen et foton beveger seg i en spiral – med eller mot klokken. Ytterligere forbedringer er imidlertid nødvendig for å kontrollere det nøyaktige antallet banevinkelmomentmodi. Dette er kritisk viktig, fordi det teoretisk sett er mulig å skrive et uendelig utvalg av forskjellige verdier inn i ett foton, og deretter trekke ut fra det.
Ifølge forskerne viser nylige eksperimenter ved Straufs nanofotonikklaboratorium lovende resultater. Så dette problemet kan løses snart.
Videre arbeid er også nødvendigå lage en enhet som vil skape vridde fotoner med strengt konsistente kvanteegenskaper, det vil si utskillelige fotoner. Dette er et nøkkelkrav for å realisere kvanteinternettet. Ifølge forskere påvirker slike problemer alle som jobber innen kvantefotonikk. Å løse dem vil kreve nye gjennombrudd innen materialvitenskap.
Les mer:
En ukjent art av bevinget insekt "gjemt" i rav i mer enn 35 millioner år
Gasslekkasje fra Nord Stream ble vist fra verdensrommet
Se hvordan Jupiter og månen nærmet seg på nattehimmelen