İki parçacığın dolaşması da dahil olmak üzere kuantum mekaniğinin etkileri (ayrı durumların olduğu bir olgu)
İki bağımsız araştırmacı grubu açıkladıBir kuantum ağında veri iletimi için gerekli olan tek foton kaynaklarının oluşturulması. Max Planck Kuantum Optik Enstitüsü ve Münih Teknik Üniversitesi'nden Alman araştırmacılar, modern iletişim ağlarına karşılık gelen frekansta ışık üreten, silikon kristaline gömülü erbiyum atomlarını kullandılar.
Ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden mühendislerEnstitü, üretiminin ölçeklendirilmesi kolay olan perovskit nanokristallerini kullanıyor. Ancak aşırı soğutma gerektirmezler ve oda sıcaklığında çalışabilirler.
Kuantum ağı nedir?
Kuantum bilgisayarlar teorik olarak gerçekleştirebilirdünyanın en güçlü süper bilgisayarlarında bile çözülemeyen görevler. Malzemelerin ve karmaşık sistemlerin özelliklerini modellemek için kullanılabilirler. Ancak gerçekten anlamlı sonuçlar elde etmek için, kuantum bilgi düğümlerini - dağıtılmış kuantum işlemcileri - bağlamanın verimli bir yoluna ihtiyacımız var.
Çünkü kuantum bilgisayarlar temeldeKlasik olanlardan farklı olarak, bilgi aktarımında kullanılan alışılagelmiş yöntemler doğrudan bunlara uygulanamaz. Kuantum bilgisi daha karmaşıktır: Klasik bilgisayarlarda olduğu gibi yalnızca 0 veya 1 değerini depolamak yerine, bir kübit aynı anda 0 ve 1 değerlerini alabilir (süperpozisyon olarak bilinen bir olgu).
İdeal çözüm bir kuantum ağıdır -kuantum mekaniksel özelliklerin korunmasıyla doğrudan bir bilgi kübit alışverişinin gerçekleştirildiği bir bileşik. Kuantum ağı, işleme düğümlerini, dalga kılavuzları olarak bilinen özel ara bağlantılardan geçen fotonlarla birleştirir.
Böyle bir bağlantının avantajı,kuantum cihazları doğrudan iletişim kurarak daha hızlı veri işleme sağlar. Ek olarak, bu tür ağlar güvenli veri iletimi için kullanılabilir: Bir saldırgan fotonlarda "kodlanmış" bilgileri ele geçirmeye çalışır çalışmaz, parçacıkların kuantum özellikleri kaybolacak ve veriler kullanılamaz hale gelecektir.
Bir silikon kristalindeki erbiyum atomları
Bir silikon kristaline dayanan kuantum rezonatörü. Resim: MCQST
Alman mühendisler bir optik geliştirdiler.erbiyum atomları katkılı bir silikon kristaline dayanan kuantum ağları için bir rezonatör. Bu gelişme, çok sayıda erbiyum atomunun silikon kafes içinde kümelenmemesini sağlamak için nispeten düşük bir sıcaklık (yaklaşık 500°C) kullanarak tek tek nadir toprak atomlarını kristal silikona dahil etme konusunda aynı grup tarafından yapılan önceki bir çalışmayı takip ediyor.
sonuçları olan yeni bir çalışmadaAraştırmacılar, Optica dergisinde yayınlanan bu tür kristalleri kullanarak, istenen özelliklere sahip tekli fotonlar üretmenin mümkün olduğunu gösterdiler. Çalışma notunun yazarları, bir silikon kristaline yerleştirilmiş Erbiyum atomlarının mükemmel optik özelliklere sahip olduğunu belirtiyor. 1536 nm dalga boyunda ışık yayarlar. Bu, klasik fiber optik ağlarda veri iletmek için kullanılan ışıkla neredeyse aynıdır.
Mühendisler katkılı bir rezonatör geliştirdilerayna içermemesi nedeniyle geleneksel tasarımlardan farklı olan erbium. Bunun yerine, kristalin silikonda nanometre boyutunda deliklerin düzenli bir modeli kullanılır. Bu, tüm rezonatörün yalnızca birkaç mikron uzunluğunda olduğu ve yalnızca birkaç on erbiyum atomu içerdiği anlamına gelir. Araştırmacılar, bir rezonatörü bir optik fibere bağlayarak ve atomları bir lazerle uyararak, istenen özelliklere sahip bireysel fotonların yayınlanabileceğini gösterdiler.
Araştırmacılar iki ana faydaya dikkat çekiyor:bunun erbiyum katkılı silikonu "kuantum ağları oluşturmak için ideal bir aday" haline getirdiğini söylüyorlar. İlk olarak, yarı iletken üretiminde yaygın olarak kullanılan klasik bir malzemeye dayanmaktadır; bu, gerekli bileşenlerin büyük ölçekli oluşturulmasının yeni karmaşık üretim tesislerinin oluşturulmasını gerektirmeyeceği anlamına gelir.
İkincisi, sistem nispetenyüksek (kuantum teknolojileri için) sıcaklık - yaklaşık 8 K (-265 °C). Mutlak sıfıra yakın çalışan sistemlerin aksine, bu tür koşulların sıvı helyum kriyostatta soğutularak oluşturulması daha kolaydır.
Tek Foton Kaynakları Olarak Perovskitler
Perovskite nanokristaller. Resim: MİT
MIT araştırmacıları bir alternatif öneriyorKuantum ağları oluşturmak için kullanılan malzeme perovskitlerdir. Bu malzeme, güneş pillerinde silikona potansiyel bir alternatif olarak kendisini zaten geniş çapta kabul ettirmiştir. Nature Photonics dergisinde yayınlanan bir çalışmada mühendisler, aynı fotonlardan oluşan bir akış da üretebileceklerini gösterdiler.
Fizikçiler çalışmaları için kullandılarkurşun halit perovskit nanoparçacıkları. Fotovoltaik hücreler, bu malzemenin ince filmlerini kullanır ve nanopartiküller formunda, onları diğer kolloidal yarı iletken nanopartiküllerden ayıran inanılmaz derecede yüksek bir kriyojenik radyasyon oranına sahiptirler. Işık ne kadar hızlı yayılırsa, çıkış sinyalinin kuantum ağları için gerekli olan iyi tanımlanmış bir dalga işlevine sahip olma olasılığı o kadar artar.
foton olduklarını kontrol etmek içinÜretmek gerçekten istenen özelliklere sahip, araştırmacılar standart bir test gerçekleştirdi. İki foton arasındaki özel bir girişim türü olan Hong-Wu-Mandela etkisinin tespit edilmesinden oluşur. Deneyin sonuçları, kaynağın kuantum ışığı yaydığını doğruladı.
Araştırmacılar şu ana kadar kurulumun yapılmadığını belirtiyormükemmel ve girişimle çalışıyor, ancak perovskitleri optik bir boşluğa yerleştirerek bunun üstesinden gelinebileceğinden eminler; bu, diğer malzemelerle de işe yarayan bir etkidir.
Aynı zamanda, araştırmacılar avantajı not ediyorüretim kolaylığı sağlayan teknoloji. “Diğer kaynakların tutarlı olmasının nedeni, en saf malzemelerden ve birbiri ardına atom atom yapılmış olmalarıdır. Bu nedenle, çok zayıf ölçeklenebilirliğe ve çok zayıf yeniden üretilebilirliğe sahibiz” diyor çalışmanın ortak yazarı Alexander Kaplan. Bunun aksine, perovskite nanopartiküller çözelti içinde yapılır ve bir substrat malzemesine basitçe uygulanır. Ayrıca bu tür kaynaklar oda sıcaklığında çalışır ve soğutma gerektirmez.
Önerilen her iki teknoloji de henüzkuantum ağları oluşturmak için hazır bir çözüm. Ancak bu doğru yönde atılmış bir adımdır. Dünyanın dört bir yanındaki farklı araştırmacı gruplarının alternatif teknolojiler geliştirmesi ve görece ucuz ve kolay ölçeklenebilir bir çözüm bulmaya çalışması, kuantum ağların yakında gerçeğe dönüşebileceğini gösteriyor.
Daha fazla oku:
Güneş'ten daha sıcak garip bir cisim gökbilimcileri şaşırttı
Moğolistan'da erkeklik organına benzeyen bir eser bulundu: yaklaşık 42.000 yaşında
Asya'daki en uzun ağacı buldu: nasıl göründüğünü göster
Kapak resmi: C. Hohmann, MCQST