Kuantum bilgisayarlar ve iletişim cihazları, bilgiyi bireysel veya
Kübitler ve küditler nedir?
Tipik olarak kuantum iletişim sistemleri "kaydeder"Fotonun dönüşünün açısal momentumu hakkında bilgi. Bu durumda, ya sağa ya da sola dairesel bir dönüş gerçekleştirirler ya da iki fotonun kuantum süperpozisyonu (iki boyutlu bir kübit) oluştururlar.
Bilgiyi kodlamak da mümkündürfotonun yörüngesel açısal momentumu hakkında - her foton ışının merkezi etrafında dönerken ışığın izlediği, bükülüp ileri doğru hareket ettiği "tirbuşon" yolu. Spin ve açısal momentumun birleşimi, çok boyutlu bir kudit oluşumu ve teorik olarak sonsuz değer aralığından herhangi birini tek bir fotonda kodlama ve yayma yeteneği ile sonuçlanır.
Qubit'ler ve qudits şunun için kullanılır:fotonlarda depolanan bilgilerin bir noktadan diğerine yayılması. Temel fark, kuditlerin aynı mesafe üzerinden kubitlere göre çok daha fazla bilgi iletebilmesi ve böylece yeni nesil kuantum iletişiminin temelini oluşturmasıdır.
Kudit hareketi istek üzerine
liderliğindeki yeni bir fizik çalışmasının parçası olarakStevens Üniversitesi Nanofotonik Laboratuvarı başkanı Stefan Strauf ile birlikte, talep üzerine bireysel uçan kuditlerin veya "kıvranan" fotonların nasıl oluşturulacağını ve kontrol edileceğini gösterdi. Bu atılım, kuantum iletişim araçlarının yeteneklerini büyük ölçüde artıracak.
Fotonlar. Fotoğraf: commons.wikimedia.org
Deneyin özelliği spininve yörünge açısal momentumu bir fotonun bağımsız özellikleridir. Yeni cihaz, aralarındaki kontrollü iletişimi kullanarak her ikisini de aynı anda kontrol edebilen ilk cihazdır.
Tüm bunlar, klasik ışık ışınları yerine tek fotonlar kullanılarak yapılabilir; bu, herhangi bir kuantum iletişim uygulamasının temel gereksinimidir.
Ne verecek?
Fizikçilere göre kodlamaYörüngesel açısal momentumdaki bilgi, iletim hacmini radikal bir şekilde artırır. Kıvrımlı fotonların kullanılması, kuantum iletişim araçlarının verimini artıracak ve verileri çok daha hızlı iletmelerine olanak tanıyacak.
"Kıvrımlı" fotonlar nasıl oluştu?
Bilim insanları "bükülen" fotonlar yaratmak içintekli fotonlar yayabilen bir kuantum yayıcı oluşturmak için yeni bir yarı iletken malzeme olan tungsten diselenidin atom kalınlığında bir filmini kullandı.
Daha sonra bir kuantum yayıcı bağladılarhalka şeklinde bir iç yansıtıcı alana sahip - bir halka rezonatörü. Vericinin ve dişli rezonatörün konumunun ince ayarlanması, fotonun dönüşünü ve yörüngesel açısal momentumunu, talep üzerine bireysel "bükülme" fotonları oluşturmak üzere etkileşime girmeye zorlamak için kullanıldı.
Bu kilitleme özelliğini etkinleştirmenin anahtarıDöndürme darbesi, halka rezonatörünün pürüzlü desenidir. Dikkatli bir şekilde tasarlandığında, cihazın ışık hızında yaydığı kıvrımlı, dönen bir ışık huzmesi oluşturur.
Bu yetenekleri tek bir mikroçipe entegre ederekÇapı sadece 20 mikron olan (insan saçının yaklaşık dörtte biri kadar) fizikçiler, kıvrımlı fotonlardan oluşan bir yayıcı yarattılar. Özel özelliği, kuantum iletişim sisteminin bir parçası olarak diğer standartlaştırılmış bileşenlerle etkileşime girebilmesidir.
Sırada ne var?
Geliştirmenin yazarı, birkaç tane olduğunu belirtti.önemli sorunlar. Evet, yeni teknoloji bir fotonun spiral içinde hareket etme yönünü (saat yönünde veya saat yönünün tersine) kontrol edebilir. Ancak yörüngesel açısal momentum modlarının tam sayısını kontrol etmek için daha fazla iyileştirme yapılması gerekmektedir. Bu kritik derecede önemlidir, çünkü teorik olarak, tek bir fotona sonsuz sayıda farklı değer aralığı yazıp ondan çıkarmak mümkündür.
Bilim insanlarına göre Strauf'un Nanofotonik Laboratuvarı'nda yapılan son deneyler umut verici sonuçlar veriyor. Dolayısıyla bu sorun kısa sürede çözülebilir.
Daha fazla çalışmaya da ihtiyaç varKesinlikle tutarlı kuantum özelliklerine sahip, yani ayırt edilemez fotonlara sahip bükülmüş fotonlar yaratacak bir cihaz yaratmak. Bu, kuantum interneti gerçekleştirmek için temel bir gerekliliktir. Bilim insanlarına göre bu tür sorunlar kuantum fotoniği alanında çalışan herkesi etkiliyor. Bunları çözmek malzeme biliminde yeni atılımlar gerektirecektir.
Daha fazla oku:
35 milyon yıldan fazla bir süredir kehribarda "gizli" olan bilinmeyen bir kanatlı böcek türü
Nord Stream'den gaz kaçağı uzaydan görüntülendi
Jüpiter ve Ay'ın gece gökyüzünde nasıl yaklaştığını görün