Calculatoarele cuantice și dispozitivele de comunicații funcționează prin codificarea informațiilor în individual sau
Ce sunt qubit-urile și qudit-urile?
De obicei, sistemele de comunicații cuantice „înregistrează”informații despre momentul unghiular al rotației fotonilor. În acest caz, ei efectuează fie o rotație circulară la dreapta, fie la stânga, sau formează o suprapunere cuantică a doi fotoni - un qubit bidimensional.
De asemenea, este posibilă codificarea informațiilordespre momentul unghiular orbital al fotonului — calea „tibușon” pe care o urmează lumina, răsucindu-se și mișcându-se înainte pe măsură ce fiecare foton se rotește în jurul centrului fasciculului. Combinația de spin și moment unghiular are ca rezultat formarea unui qudit multidimensional și capacitatea de a codifica și propaga oricare dintr-un interval teoretic infinit de valori cu un singur foton.
Qubit-urile și qudit-urile sunt folosite pentrudiseminarea informațiilor stocate în fotoni dintr-un punct în altul. Principala diferență este că qudit-urile pot transmite mult mai multe informații pe aceeași distanță decât qubiții, oferind baza pentru următoarea generație de comunicații cuantice.
Mișcare Kudit la cerere
Ca parte a unui nou studiu de fizică condus deîmpreună cu Stefan Strauf, șeful Laboratorului de Nanofotonică de la Universitatea Stevens, a arătat cum să creați și să controlați qudit-uri zburătoare individuale, sau fotoni „squirmy”, la cerere. Această descoperire va extinde foarte mult capacitățile instrumentelor de comunicare cuantică.
Fotonii. Foto: commons.wikimedia.org
Particularitatea experimentului este că spin-ulși momentul unghiular orbital sunt proprietăți independente ale unui foton. Noul dispozitiv este primul care le poate controla pe ambele în același timp, folosind o comunicare controlată între ele.
Toate acestea pot fi realizate folosind fotoni unici, mai degrabă decât fascicule de lumină clasice: o cerință de bază pentru orice aplicație de comunicare cuantică.
Ce va da?
Potrivit fizicienilor, codificareainformația în momentul unghiular orbital își mărește radical volumul de transmisie. Utilizarea fotonilor sinuosi va crește randamentul instrumentelor de comunicare cuantică, permițându-le să transmită date mult mai rapid.
Cum au fost creați fotonii „curbiți”?
Pentru a crea fotoni „răsuciți”, oameni de științăa folosit o peliculă groasă de atom de diseleniură de wolfram, un nou material semiconductor, pentru a crea un emițător cuantic care este capabil să emită fotoni unici.
Apoi au conectat un emițător cuanticcu un spațiu reflectorizant intern în formă de gogoașă - un rezonator inel. Reglarea fină a locației emițătorului și a rezonatorului a fost folosită pentru a forța rotația fotonului și momentul unghiular orbital al acestuia să interacționeze pentru a crea fotoni „spinosi” individuali la cerere.
Cheia pentru activarea acestei caracteristici de blocare estePulsul de rotație este modelul zimțat al rezonatorului inel. Atunci când este proiectat cu atenție, acesta creează un fascicul de lumină sinuos, învolburat, pe care dispozitivul îl emite cu viteza luminii.
Prin integrarea acestor capacități într-un singur microcipmăsurând doar 20 de microni în diametru – aproximativ un sfert din lățimea unui păr uman – fizicienii au creat un emițător de fotoni întortocheați. Caracteristica sa specială este că este capabil să interacționeze cu alte componente standardizate ca parte a unui sistem de comunicare cuantică.
Ce urmează?
Autorul dezvoltării a remarcat că există mai multeprobleme importante. Da, noua tehnologie poate controla direcția în care un foton se deplasează într-o spirală – în sensul acelor de ceasornic sau în sens invers acelor de ceasornic. Cu toate acestea, sunt necesare îmbunătățiri suplimentare pentru a controla numărul exact de moduri de moment unghiular orbital. Acest lucru este extrem de important, deoarece, teoretic, este posibil să scrieți o gamă infinită de valori diferite într-un singur foton și apoi să extrageți din acesta.
Potrivit oamenilor de știință, experimentele recente de la Laboratorul de Nanofotonică Strauf arată rezultate promițătoare. Deci această problemă poate fi rezolvată în curând.
De asemenea, este nevoie de muncă suplimentarăpentru a crea un dispozitiv care va crea fotoni răsuciți cu proprietăți cuantice strict consistente, adică fotoni care nu se pot distinge. Aceasta este o cerință cheie pentru realizarea internetului cuantic. Potrivit oamenilor de știință, astfel de probleme îi afectează pe toți cei care lucrează în domeniul fotonicii cuantice. Rezolvarea acestora va necesita noi descoperiri în știința materialelor.
Citeste mai mult:
O specie necunoscută de insectă înaripată „ascunsă” în chihlimbar de mai bine de 35 de milioane de ani
Scurgerea de gaz de la Nord Stream a fost arătată din spațiu
Vezi cum s-au apropiat Jupiter și Luna pe cerul nopții