Квантові комп'ютери та комунікаційні пристрої працюють, кодуючи інформацію в окремі або
Що таке кубити та кудити?
Зазвичай системи квантового зв'язку записуютьінформацію про кутовий момент обертання фотонів. У цьому випадку вони здійснюють або праве, або ліве кругове обертання, або утворюють квантову суперпозицію двох фотонів - двовимірний кубит.
Також є можливість закодувати інформаціюоб орбітальному кутовому моменті фотона траекторії «штопора», за якою слідує світло, закручуючи і рухаючись вперед, коли кожен фотон обертається навколо центру променя. Поєднання спина і кутового моменту призводить до утворення багатовимірного кудита і можливість закодувати і поширити будь-яке з теоретично нескінченного діапазону значень одним фотоном.
Кубити і кудити використовують дляпоширення інформації, яка зберігається в фотонах, з однієї точки в іншу. Основна відмінність полягає в тому, що кудити можуть передавати набагато більше інформації на відстань, ніж кубити, забезпечуючи основу для квантового зв'язку наступного покоління.
Рух кудитів на запит
У рамках нового дослідження фізики на чолізі Стефаном Штрауфом, головою лабораторії нанофотоніки в Університеті Стівенса показали, як створювати і контролювати окремі літаючі кудити, або «звивисті» фотони, за запитом. Цей прорив у рази розширить можливості інструментів квантового зв'язку.
Фотони. Фото: commons.wikimedia.org
Особливість експерименту в тому, що спиновийі орбітальний кутовий моменти - незалежні властивості фотона. Новий пристрій - перше, яке одночасне може керувати і тим, і тим, використовуючи контрольований зв'язок між ними.
Все це можна зробити за допомогою одиночних фотонів, а не класичних світлових променів: основна вимога для будь-якого застосування квантового зв'язку.
Що це дасть?
За слів фізиків, кодуванняінформації в орбітальний кутовий момент радикально збільшує її обсяг для передачі. Використання «звивистих» фотонів підвищить пропускну здатність інструментів квантового зв'язку, що дозволить їм передавати дані набагато швидше.
Як створили звивисті фотони?
Щоб створити «звивисті» фотони, вченівикористовували плівку диселеніду вольфраму товщиною в атом, нового напівпровідникового матеріалу, щоб створити квантовий випромінювач, який здатний випромінювати одиночні фотони.
Потім вони поєднали квантовий випромінювачз внутрішнім відбиваючим простором у формі пончика - кільцевим резонатором. Точне налаштування розташування випромінювача і зубчастого резонатора використовували, щоб змусити взаємодіяти обертання фотона і його орбітальний кутовий момент для створення окремих «звивистих» фотонів на вимогу.
Ключем до включення цієї функції блокуванняспинового імпульсу є зубчастий рисунок кільцевого резонатора. При ретельній розробці конструкції він створює звивистий вихровий промінь світла, який пристрій випускає зі швидкістю світла.
Інтегрувавши ці можливості в один мікрочіпрозміром всього 20 мікрон в поперечнику - приблизно чверть ширини людського волосся - фізики створили випромінювач звивистих фотонів. Його особливість у тому, що він здатний взаємодіяти з іншими стандартизованими компонентами як частина системи квантового зв'язку.
Що далі?
Автор розробки зазначили, що залишаються декількаважливих проблем. Так, нова технологія може контролювати напрямок, в якому рухається фотон по спіралі — за годинниковою стрілкою або проти неї. Однак потрібні додаткові вдосконалення, щоб контролювати точну кількість мод орбітального кутового моменту. Це критично важливо, адже, теоретично, так можна записати в один фотон нескінченний діапазон різних значень, а потім витягти з неї.
За словами вчених, останні експерименти в лабораторії нанофотоніки Штрауфа показують перспективні результати. Тож цю проблему можна швидко вирішити.
Також необхідна подальша роботапо створенню пристрою, який створить скручені фотони зі строго узгодженими квантовими властивостями, тобто нерозрізняються фотони. Це є ключова вимога для реалізації квантового інтернету. За словами вчених, такі проблеми торкаються всіх, хто працює в області квантової фотоніки. Для їх вирішення знадобляться нові прориви в матеріалознавстві.
Читати далі:
Невідомий вид крилатих комах «ховався» у бурштині понад 35 млн років
Витік газу з «Північного потоку» показали з космосу
Подивіться, як Юпітер і Місяць зблизилися у нічному небі