على الرغم من التطور السريع للأجهزة والأنظمة الضوئية، فإن تقنيات المعلومات الموجودة على الرقائق تقتصر في الغالب على أنظمة ذات مستويين بسبب عدم وجود إمكانية إعادة تشكيل كافية لتلبية المتطلبات الصارمة. حتى مع الجهود المكثفة المكرسة لأشعة الليزر الموجهة والتجاويف الدقيقة التي ظهرت مؤخرًا لتوسيع الأبعاد، لا يزال من الصعب ضبط حالات التراكب المتنوعة وعالية الأبعاد للضوء عند الطلب.
العلماء من بنسلفانيا لقد ابتكرت الهندسة شريحة ليزر ميكروية فائقة الأبعاد تدور حول مدار تفوق الأمان والمتانة الموجودة الاتصالات الكمومية المعدات. يستخدم نظامهم "qudits" للاتصالات، مما يضاعف مساحة المعلومات الكمومية لأشعة الليزر السابقة الموجودة على الرقاقة.
استخدام الأجهزة الكمومية المتقدمة المكدسةوحدات من المعلومات الرقمية قادرة على أن تكون 1 و0 في وقت واحد. في ميكانيكا الكم، تسمى حالة التزامن هذه بـ "التراكب". البتة الكمومية في حالة تراكب أكبر من مستويين تسمى qudit للإشارة إلى هذه الأبعاد الإضافية.
يستخدم الجهاز الجديد qudits من أربعة مستويات تتيح تحقيق تقدم كبير في تشفير الكم. علاوة على ذلك، يوفر الجهاز أربعة مستويات من التراكب ويفتح الباب لمزيد من الزيادات في الأبعاد.
وقال زميل ما بعد الدكتوراه في علوم وهندسة المواد (MSE)، زيفنغ تشانغ: "كان التحدي الأكبر هو تعقيد الإعداد القياسي وعدم قابليته للتوسع. لقد عرفنا بالفعل كيفية إنشاء هذه الأنظمة ذات المستويات الأربعة، ولكنها تطلبت مختبرًا والعديد من الأدوات البصرية المختلفة للتحكم في جميع المعلمات المرتبطة بزيادة البعد. وكان هدفنا هو تحقيق ذلك على شريحة واحدة. وهذا بالضبط ما فعلناه.
يعمل الليزر الميكروي ذو المدار الدوراني الفائق الأبعاد على تطوير العمل السابق للمجموعة باستخدام الليزرات الميكروية الدوامة، التي تنظم بشكل حساس الزخم الزاوي المداري للفوتونات (OAM). يضيف الجهاز الحديث التحكم في الدوران الضوئي إلى قدرات الليزر السابقة.
هذا المستوى الإضافي من التحكم - القدرة على التلاعب وربط OAM والدوران - هو الإنجاز الذي سمح لهم بتحقيق نظام من أربعة مستويات.
الإنجاز التجريبي الرئيسي لعمل الفريق هو التحكم المتزامن بجميع المعلمات التي كانت تمنع إنشاء الكوديت في الضوئيات المتكاملة.
دكتوراه ESE. وقال الطالب هوكي تشاو، "فكر في الحالات الكمومية لفوتوناتنا ككوكبين مكدسين فوق بعضهما البعض. في السابق، لم يكن لدينا سوى معلومات حول خطوط العرض لهذه الكواكب. وبهذا، يمكننا إنشاء مستويين كحد أقصى تراكب. لم تكن لدينا معلومات كافية لتكديسها في أربعة. الآن، لدينا خط الطول أيضًا. هذه هي المعلومات التي نحتاجها لمعالجة الفوتونات بطريقة مزدوجة وتحقيق زيادة الأبعاد. نقوم بتنسيق كل منهما دوران الكوكب وتدور وتحافظ على الكوكبين في علاقة استراتيجية مع بعضهما البعض.
ليانج فنج، أستاذ في قسم علوم وهندسة المواد (MSE)، محمد, "هناك الكثير من القلق من أن التشفير الرياضي، بغض النظر عن مدى تعقيده، سوف يصبح أقل فعالية لأننا نتقدم بسرعة كبيرة في تقنيات الحوسبة. إن اعتماد الاتصالات الكمومية على الحواجز المادية وليس الرياضية يجعلها محصنة ضد هذه التهديدات المستقبلية. ومن المهم أكثر من أي وقت مضى أن نستمر في تطوير وتحسين تقنيات الاتصال الكمي.
المرجع مجلة:
- تشانغ، Z.، تشاو، H.، وو، S. وآخرون. ليزر ميكروليزر يدور في مدار ينبعث في فضاء هيلبرت رباعي الأبعاد. الطبيعة (2022). معرف الهوية الرقمي: 10.1038 / s41586-022-05339-Z
