একক ফোটন অনেক উদীয়মান কোয়ান্টাম প্রযুক্তির মূল ভিত্তি, কিন্তু নিখুঁত একক-ফোটন উৎস তৈরি করা চ্যালেঞ্জিং। এটি বিশেষভাবে সত্য যখন কমপ্যাক্ট সিস্টেমগুলি বিকাশ করার চেষ্টা করা হয় যা সাবধানে নিয়ন্ত্রিত ল্যাব পরিবেশের বাইরে ভারী সাব-জিরো কুলিং অবকাঠামো ছাড়াই কাজ করতে পারে। অস্ট্রেলিয়ার বিজ্ঞানীরা এখন একটি নতুন সোর্স ডিজাইন তৈরি করে এই চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করেছেন যা ঘরের তাপমাত্রায় কাজ করার সময় প্রতি সেকেন্ডে 10 মিলিয়নেরও বেশি একক ফোটন তৈরি করতে পারে।
একটি নিখুঁত একক-ফোটন উত্স ব্যবহারকারীকে চাহিদা অনুযায়ী ঠিক একটি বিশুদ্ধ একক ফোটন সরবরাহ করবে। বাস্তব-বিশ্বের ডিভাইসগুলি প্রায়শই এই আদর্শ বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি ট্রেড-অফ বৈশিষ্ট্যযুক্ত যা অ্যাপ্লিকেশনের উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়। সর্বশেষ কাজের নেতৃত্বে গবেষক ড ইগর আহরোনোভিচ ইউনিভার্সিটি অফ টেকনোলজি, সিডনি তাদের একক-ফোটন উৎসকে হেক্সাগোনাল বোরন নাইট্রাইড (hBN) নামক একটি 2D স্ফটিক উপাদানের উপর ভিত্তি করে। স্ফটিকের পারমাণবিক গঠন অসম্পূর্ণ, এবং একটি তীব্র উত্স যেমন একটি লেজার থেকে আলো এই অপূর্ণতা, বা ত্রুটিগুলি, এমনকি ঘরের তাপমাত্রায় একক ফোটন নির্গত করতে পারে।
একটি ভাল সংগ্রহ পদ্ধতি
এই উপকরণগুলি ব্যবহার করার সময় চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে একটি হল একটি সংগ্রহ পদ্ধতি বিকাশ করা যা নিশ্চিত করে যে উত্পন্ন ফোটনগুলি আসলে ব্যবহারযোগ্য। আহরোনোভিচ এবং সহকর্মীরা একটি ছোট গোলার্ধীয় সংগ্রহ লেন্সে সরাসরি hBN উপাদানের ফ্লেক্স জমা করে এই চ্যালেঞ্জটি মোকাবেলা করেছিলেন, যা একটি কঠিন নিমজ্জন লেন্স (SIL) নামে পরিচিত।
এই এসআইএলগুলির ব্যাস মাত্র 1 মিমি, যা তাদের পরিচালনা করা একটি বিশেষ পরীক্ষামূলক চ্যালেঞ্জ করে তোলে। টুইজার দিয়ে সজ্জিত, গবেষকরা পরিশ্রমের সাথে একত্রিত এইচবিএন-লেন্সটিকে একটি পোর্টেবল কাস্টম-মেড মাইক্রোস্কোপ সেট-আপে স্থাপন করেছেন (ছবি দেখুন)। একটি সাবধানে অবস্থান করা লেজার উত্স তারপর নমুনাকে উত্তেজিত করে এবং SIL নির্গত একক ফোটনকে একটি ডিটেক্টরের উপর ফোকাস করে। একটি লেন্সের সাথে 2D উপাদান একত্রিত করে, গবেষকরা পূর্ববর্তী পদ্ধতির তুলনায় ফোটন সংগ্রহের দক্ষতায় ছয় গুণ উন্নতি প্রদর্শন করেছেন। এই অন্যান্য পদ্ধতিগুলি জটিল ন্যানোস্কেল ইঞ্জিনিয়ারিং প্রক্রিয়াগুলির উপরও নির্ভর করে, যা তাদের প্রতিদিনের কোয়ান্টাম যোগাযোগ অ্যাপ্লিকেশনগুলির গণ-স্কেলের জন্য কম উপযুক্ত করে তোলে।
গবেষকরা প্রদর্শন করতে গিয়েছিলেন যে তারা যে একক ফোটন তৈরি করে তা একটি দুর্দান্ত বিশুদ্ধতা। বিশুদ্ধতা এখানে একাধিক ফোটনের পরিবর্তে একটি একক ফোটন নির্গত হওয়ার সম্ভাবনাকে বোঝায় - এই উত্সগুলির গুণমান মূল্যায়নের একটি গুরুত্বপূর্ণ মেট্রিক। দীর্ঘমেয়াদী পরীক্ষাগুলি দেখিয়েছে যে সিস্টেমটি একটি স্থিতিশীল উপায়ে উচ্চ-বিশুদ্ধ একক ফোটন তৈরি করে, কোয়ান্টাম কী ডিস্ট্রিবিউশন (QKD) এর মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে স্থাপনের জন্য এর উপযুক্ততা নিশ্চিত করে। এই অ্যাপ্লিকেশানে, আরও ভাল একক-ফোটন উত্সগুলি ক্রিপ্টোগ্রাফি প্রোটোকলগুলির সুরক্ষাকে উন্নত করতে পারে যা সংকেত ক্ষতি বা ইভড্রপারদের দুর্বলতা ছাড়াই তথ্যের নিরাপদ সংক্রমণ সক্ষম করতে ব্যবহৃত হয়।
উচ্চ সংক্রমণ হার
একবার তারা জানত যে তাদের সিস্টেম প্রতি সেকেন্ডে কতগুলি ফোটন তৈরি করে, গবেষকরা অনুমান করেছিলেন যে এটি BB84 নামে পরিচিত একটি ব্যাপকভাবে গৃহীত QKD প্রোটোকল ব্যবহার করে একটি বাস্তব QKD পরিস্থিতিতে কতটা কার্যকর হবে। তারা দেখায় যে এই একক-ফোটন উৎসটি প্রায় 8 কিমি ব্যাসার্ধের একটি এলাকায় উচ্চ সংক্রমণ হার বজায় রাখতে পারে, যা শহরব্যাপী স্কেলে QKD কভারেজের অনুমতি দেবে। সিস্টেমটি ঘরের তাপমাত্রায় কাজ করে এই সত্যের সাথে মিলিত, এটি প্রতিদিনের নিরাপদ কোয়ান্টাম যোগাযোগ অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য সিস্টেমের ব্যবহারিকতা হাইলাইট করে।
একক-ফটোন ডিটেক্টর বাণিজ্যিকীকরণ, বিজ্ঞান যোগাযোগে একটি কর্মজীবন অনুসরণ করা
কাজের ভবিষ্যত দিকনির্দেশনা সম্পর্কে মন্তব্য, হেলেন জেংপ্রকল্পে কাজ করা গবেষকদের একজন বলেছেন, "আমরা এই কোয়ান্টাম 2D উপকরণগুলিকে বাস্তব-বিশ্বের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে অন্তর্ভুক্ত করার দিকে আমাদের মনোযোগ দিতে প্রস্তুত যা নিঃসন্দেহে কোয়ান্টাম যোগাযোগের ক্ষেত্রে সুদূরপ্রসারী পরিণতি ঘটাবে।"
নতুন একক-ফটোন উত্স বর্ণনা করা হয়েছে অপটিক্স লেটার.
