Os computadores quânticos e os dispositivos de comunicação funcionam codificando informações em unidades individuais ou
O que são qubits e qudits?
Normalmente, os sistemas de comunicação quântica "gravam"informações sobre o momento angular da rotação do fóton. Nesse caso, eles realizam uma rotação circular para a direita ou para a esquerda ou formam uma superposição quântica de dois fótons - um qubit bidimensional.
Também é possível codificar informaçõessobre o momento angular orbital do fóton - o caminho em "saca-rolhas" que a luz segue, girando e avançando à medida que cada fóton gira em torno do centro do feixe. A combinação de spin e momento angular resulta na formação de um qudit multidimensional e na capacidade de codificar e propagar qualquer faixa de valores teoricamente infinita com um único fóton.
Qubits e qudits são usados paradisseminação de informações armazenadas em fótons de um ponto a outro. A principal diferença é que os qudits podem transmitir muito mais informações na mesma distância do que os qubits, fornecendo a base para a próxima geração de comunicações quânticas.
Kudit movimento a pedido
Como parte de um novo estudo de física liderado porcom Stefan Strauf, chefe do Laboratório de Nanofotônica da Universidade Stevens, mostrou como criar e controlar qudits voadores individuais, ou fótons “contorcidos”, sob demanda. Este avanço expandirá enormemente as capacidades das ferramentas de comunicação quântica.
Fótons. Foto: commons.wikimedia.org
A peculiaridade do experimento é que o spine o momento angular orbital são propriedades independentes de um fóton. O novo dispositivo é o primeiro que consegue controlar os dois ao mesmo tempo, utilizando comunicação controlada entre eles.
Tudo isso pode ser feito usando fótons únicos em vez de feixes de luz clássicos: um requisito básico para qualquer aplicação de comunicação quântica.
O que vai dar?
De acordo com os físicos, a codificaçãoa informação no momento angular orbital aumenta radicalmente seu volume para transmissão. O uso de fótons tortuosos aumentará o rendimento das ferramentas de comunicação quântica, permitindo-lhes transmitir dados muito mais rapidamente.
Como os fótons "curvos" foram criados?
Para criar fótons "torcidos", os cientistasusaram um filme de disseleneto de tungstênio com a espessura de um átomo, um novo material semicondutor, para criar um emissor quântico capaz de emitir fótons únicos.
Eles então conectaram um emissor quânticocom um espaço reflexivo interno em forma de donut - um ressonador de anel. O ajuste fino da localização do emissor e do ressonador da engrenagem foi usado para forçar a rotação do fóton e seu momento angular orbital a interagir para criar fótons "espinhosos" individuais sob demanda.
A chave para ativar esse recurso de bloqueio éO pulso de rotação é o padrão irregular do ressonador de anel. Quando cuidadosamente projetado, ele cria um feixe de luz sinuoso e rodopiante que o dispositivo emite na velocidade da luz.
Ao integrar essas capacidades em um microchipmedindo apenas 20 mícrons de diâmetro – cerca de um quarto da largura de um fio de cabelo humano – os físicos criaram um emissor de fótons tortuosos. Sua característica especial é ser capaz de interagir com outros componentes padronizados como parte de um sistema de comunicação quântica.
O que vem a seguir?
O autor do desenvolvimento observou que existem váriosproblemas importantes. Sim, a nova tecnologia pode controlar a direção em que um fóton viaja em espiral – no sentido horário ou anti-horário. No entanto, mais melhorias são necessárias para controlar o número exato de modos de momento angular orbital. Isso é extremamente importante porque, teoricamente, é possível escrever uma gama infinita de valores diferentes em um fóton e depois extrair dele.
Segundo os cientistas, experimentos recentes no Laboratório de Nanofotônica de Strauf mostram resultados promissores. Portanto, esse problema pode ser resolvido em breve.
Mais trabalho também é necessáriopara criar um dispositivo que criará fótons retorcidos com propriedades quânticas estritamente consistentes, ou seja, fótons indistinguíveis. Este é um requisito fundamental para a realização da Internet quântica. Segundo os cientistas, esses problemas afetam todos que trabalham na área de fotônica quântica. Resolvê-los exigirá novos avanços na ciência dos materiais.
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