Kvantové počítače a komunikačné zariadenia pracujú tak, že informácie kódujú do jednotlivých resp
Čo sú to qubits a qudits?
Kvantové komunikačné systémy zvyčajne „nahrávajú“informácie o momente hybnosti rotácie fotónu. V tomto prípade vykonávajú buď pravú alebo ľavú kruhovú rotáciu, alebo tvoria kvantovú superpozíciu dvoch fotónov – dvojrozmerný qubit.
Je tiež možné kódovať informácieo orbitálnom momente hybnosti fotónu – dráhe „vývrtky“, ktorú svetlo sleduje, krúti sa a posúva dopredu, keď sa každý fotón otáča okolo stredu lúča. Kombinácia spinu a momentu hybnosti vedie k vytvoreniu viacrozmerného quditu a schopnosti zakódovať a šíriť ktorúkoľvek z teoreticky nekonečného rozsahu hodnôt pomocou jediného fotónu.
Qubits a qudits slúžia našírenie informácií uložených vo fotónoch z jedného bodu do druhého. Hlavným rozdielom je, že qudits môže prenášať oveľa viac informácií na rovnakú vzdialenosť ako qubits, čo poskytuje základ pre ďalšiu generáciu kvantovej komunikácie.
Kudit pohyb na požiadanie
V rámci nového fyzikálneho štúdia vedeného oso Stefanom Straufom, vedúcim laboratória nanofotoniky na Stevens University, ukázali, ako na požiadanie vytvárať a ovládať jednotlivé lietajúce qudits alebo „squirmy“ fotóny. Tento prelom výrazne rozšíri možnosti kvantových komunikačných nástrojov.
Fotóny. Foto: commons.wikimedia.org
Zvláštnosťou experimentu je, že rotáciaa orbitálny moment hybnosti sú nezávislé vlastnosti fotónu. Nové zariadenie je prvé, ktoré dokáže ovládať oboje súčasne pomocou riadenej komunikácie medzi nimi.
To všetko je možné dosiahnuť pomocou jednotlivých fotónov namiesto klasických svetelných lúčov: základná požiadavka pre akúkoľvek aplikáciu kvantovej komunikácie.
Čo to dá?
Podľa fyzikov kódovanieinformácie v orbitálnom momente hybnosti radikálne zväčšia svoj objem na prenos. Použitie kľukatých fotónov zvýši priepustnosť kvantových komunikačných nástrojov, čo im umožní prenášať dáta oveľa rýchlejšie.
Ako vznikli „krivkové“ fotóny?
Vedci, aby vytvorili „krútiace sa“ fotónypoužili atómovo hrubý film diselenidu volfrámu, nového polovodičového materiálu, na vytvorenie kvantového žiariča, ktorý je schopný emitovať jednotlivé fotóny.
Potom pripojili kvantový žiaričs vnútorným reflexným priestorom v tvare donutu - prstencového rezonátora. Jemné doladenie umiestnenia žiariča a ozubeného rezonátora sa použilo na prinútenie rotácie fotónu a jeho orbitálneho momentu hybnosti k interakcii, aby sa na požiadanie vytvorili jednotlivé "ostnaté" fotóny.
Kľúčom k aktivácii tejto funkcie uzamknutia jeSpinový impulz je zubatý vzor prstencového rezonátora. Keď je starostlivo navrhnutý, vytvára kľukatý, vírivý lúč svetla, ktorý zariadenie vyžaruje rýchlosťou svetla.
Integráciou týchto schopností do jedného mikročipuFyzici s priemerom iba 20 mikrónov, čo je asi štvrtina šírky ľudského vlasu, vytvorili žiarič kľukatých fotónov. Jeho zvláštnosťou je, že je schopný interagovať s inými štandardizovanými komponentmi ako súčasť kvantového komunikačného systému.
Čo bude ďalej?
Autor vývoja poznamenal, že je ich niekoľkodôležité problémy. Áno, nová technológia môže ovládať smer, ktorým sa fotón pohybuje po špirále – v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek. Na kontrolu presného počtu režimov orbitálneho momentu hybnosti sú však potrebné ďalšie vylepšenia. To je kriticky dôležité, pretože teoreticky je možné zapísať nekonečný rozsah rôznych hodnôt do jedného fotónu a potom z neho extrahovať.
Podľa vedcov nedávne experimenty v Straufovom nanofotonickom laboratóriu ukazujú sľubné výsledky. Takže tento problém sa dá čoskoro vyriešiť.
Je potrebná aj ďalšia prácavytvoriť zariadenie, ktoré vytvorí skrútené fotóny s prísne konzistentnými kvantovými vlastnosťami, teda nerozoznateľné fotóny. Toto je kľúčová požiadavka na realizáciu kvantového internetu. Podľa vedcov sa takéto problémy týkajú každého, kto pracuje v oblasti kvantovej fotoniky. Ich vyriešenie si vyžiada nové objavy v materiálovej vede.
Čítaj viac:
Neznámy druh okrídleného hmyzu sa viac ako 35 miliónov rokov „ukrýval“ v jantári
Únik plynu z Nord Streamu sa ukázal z vesmíru
Pozrite sa, ako sa Jupiter a Mesiac približovali na nočnej oblohe