Komputery kwantowe i urządzenia komunikacyjne działają poprzez kodowanie informacji w postaci indywidualnej
Co to są kubity i kubity?
Zazwyczaj systemy komunikacji kwantowej „zapisują”informacja o momencie pędu fotonu. W tym przypadku wykonują one obrót kołowy w prawo lub w lewo lub tworzą kwantową superpozycję dwóch fotonów - dwuwymiarowy kubit.
Możliwe jest także kodowanie informacjio orbitalnym momencie pędu fotonu – „korkociągowej” ścieżce, po której podąża światło, skręcając się i poruszając do przodu, gdy każdy foton obraca się wokół środka wiązki. Połączenie spinu i momentu pędu skutkuje powstaniem wielowymiarowego quditu oraz możliwością kodowania i propagowania dowolnego z teoretycznie nieskończonego zakresu wartości za pomocą pojedynczego fotonu.
Do czego służą kubity i qudityrozpowszechnianie informacji zapisanej w fotonach z jednego punktu do drugiego. Główna różnica polega na tym, że kubity mogą przesyłać znacznie więcej informacji na tę samą odległość niż kubity, co stanowi podstawę dla następnej generacji komunikacji kwantowej.
Ruch Kudit na żądanie
W ramach nowego badania fizyki prowadzonego przezze Stefanem Straufem, kierownikiem Laboratorium Nanofotoniki na Uniwersytecie Stevensa, pokazali, jak na żądanie tworzyć i kontrolować indywidualne latające qudity, czyli „wirujące” fotony. Ten przełom znacznie rozszerzy możliwości narzędzi komunikacji kwantowej.
fotony. Zdjęcie: commons.wikimedia.org
Osobliwością eksperymentu jest to, że spini orbitalny moment pędu są niezależnymi właściwościami fotonu. Nowe urządzenie jako pierwsze może sterować obydwoma jednocześnie, wykorzystując kontrolowaną komunikację między nimi.
Wszystko to można osiągnąć przy użyciu pojedynczych fotonów, a nie klasycznych wiązek światła: jest to podstawowy wymóg w przypadku każdego zastosowania komunikacji kwantowej.
Co to da?
Według fizyków kodowanieinformacja zawarta w orbitalnym momencie pędu radykalnie zwiększa jej objętość do transmisji. Zastosowanie krętych fotonów zwiększy przepustowość narzędzi komunikacji kwantowej, umożliwiając znacznie szybsze przesyłanie danych.
Jak powstały „zakrzywione” fotony?
Naukowcy chcą stworzyć „skręcone” fotonywykorzystali warstwę diselenku wolframu o grubości atomu, nowego materiału półprzewodnikowego, do stworzenia emitera kwantowego zdolnego do emitowania pojedynczych fotonów.
Następnie podłączyli emiter kwantowyz wewnętrzną przestrzenią odblaskową w kształcie pączka - rezonator pierścieniowy. Dokładne dostrojenie położenia emitera i rezonatora zębatego wykorzystano do wymuszenia interakcji spinu fotonu i jego orbitalnego momentu pędu, w wyniku czego na żądanie powstały indywidualne „kolczaste” fotony.
Kluczem do włączenia tej funkcji blokowania jestImpuls spinowy to postrzępiony wzór rezonatora pierścieniowego. Starannie zaprojektowany tworzy wijącą się, wirującą wiązkę światła, którą urządzenie emituje z prędkością światła.
Poprzez integrację tych możliwości w jednym mikrochipiemierząc zaledwie 20 mikronów średnicy – czyli około jednej czwartej szerokości ludzkiego włosa – fizycy stworzyli emiter krętych fotonów. Jego szczególną cechą jest to, że może współdziałać z innymi znormalizowanymi komponentami w ramach kwantowego systemu komunikacji.
Co dalej?
Autor opracowania zauważył, że jest ich kilkaważne problemy. Tak, nowa technologia może kontrolować kierunek, w którym foton przemieszcza się po spirali – zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Jednakże wymagane są dalsze ulepszenia, aby kontrolować dokładną liczbę orbitalnych trybów momentu pędu. Jest to niezwykle ważne, ponieważ teoretycznie możliwe jest zapisanie nieskończonego zakresu różnych wartości w jednym fotonie, a następnie wyodrębnienie z niego.
Według naukowców ostatnie eksperymenty w Laboratorium Nanofotoniki Straufa dają obiecujące wyniki. Zatem ten problem będzie można wkrótce rozwiązać.
Konieczne są także dalsze pracestworzyć urządzenie, które będzie wytwarzało skręcone fotony o ściśle zgodnych właściwościach kwantowych, czyli fotony nierozróżnialne. Jest to kluczowy warunek realizacji Internetu kwantowego. Zdaniem naukowców takie problemy dotykają każdego, kto zajmuje się fotoniką kwantową. Ich rozwiązanie będzie wymagało nowych przełomów w materiałoznawstwie.
Czytaj więcej:
Nieznany gatunek skrzydlatego owada „ukryty” w bursztynie od ponad 35 milionów lat
Wyciek gazu z Nord Stream został pokazany z kosmosu
Zobacz, jak Jowisz i Księżyc zbliżyli się na nocnym niebie