Jaapani teadlased kuulutavad välja ruumitemperatuuri kvantiteedi – kõrgjõudlusega andmetöötluse uudiste analüüs | HPC sees

Selles uuringus osalesid ka dotsent Mark Sadgrove ja hr Kaito Shimizu TUS-ist ning professor Kae Nemoto Okinawa teaduse ja tehnoloogia instituudist. See äsja väljatöötatud ühe fotoni valgusallikas välistab vajaduse kallite jahutussüsteemide järele ja võib muuta kvantvõrgud kuluefektiivsemaks ja ligipääsetavamaks.

Ühe footoni emitterid ühendavad kvantmehhaaniliselt kvantbitte (või kubiteid) kvantvõrkude sõlmede vahel. Tavaliselt valmistatakse need haruldaste muldmetallide elementide kinnistamisel optilistesse kiududesse ülimadalatel temperatuuridel. Nüüd on Jaapani teadlased eesotsas Tokyo teadusülikooli dotsent Kaoru Sanakaga välja töötanud toatemperatuuril ytterbiumiga legeeritud optilise kiu. Vältides vajadust kallite jahutuslahenduste järele, pakub pakutud meetod kulutõhusat platvormi fotooniliste kvantrakenduste jaoks.

Kvantpõhised süsteemid lubavad arvutus- ja sidesüsteemide jaoks kiiremat andmetöötlust ja tugevamat krüptimist. Neid süsteeme saab ehitada kiudvõrkudele, mis hõlmavad omavahel ühendatud sõlmpunkte, mis koosnevad kubitidest ja ühe footoni generaatoritest, mis loovad takerdunud footonipaare.

Sellega seoses on haruldaste muldmetallide (RE) aatomid ja ioonid tahkismaterjalides ühe footoni generaatoritena paljutõotavad. Need materjalid ühilduvad kiudvõrkudega ja kiirgavad footoneid laias lainepikkuses. Nende RE elementidega legeeritud optilised kiud võivad oma laia spektrivahemiku tõttu leida kasutust erinevates rakendustes, nagu vaba ruumi telekommunikatsioon, kiudoptiline telekommunikatsioon, kvant-juhuslike arvude genereerimine ja kõrge eraldusvõimega pildianalüüs. Seni on aga välja töötatud ühefootonilisi valgusallikaid, kasutades RE-lisandiga kristalseid materjale krüogeensetel temperatuuridel, mis piirab nendel põhinevate kvantvõrkude praktilisi rakendusi.

Ytterbiumiga legeeritud optilise kiu valmistamiseks ahendasid teadlased kaubanduslikult saadavat ytterbiumiga legeeritud kiudu, kasutades kuum- ja tõmbetehnikat, kus kiudu osa kuumutatakse ja seejärel tõmmatakse pingega, et järk-järgult vähendada selle läbimõõtu.

Kitseneva kiu sees eraldavad üksikud RE-aatomid laseriga ergastamisel footoneid. Nende RE-aatomite eraldamine mängib kiu optiliste omaduste määratlemisel otsustavat rolli. Näiteks kui üksikute RE-aatomite keskmine eraldus ületab optilise difraktsiooni piiri, mille määrab emiteeritud footonite lainepikkus, näib nende aatomite kiiratav valgus nii, nagu pärineks pigem klastritest kui eraldiseisvatest üksikutest allikatest.

Nende emiteeritud footonite olemuse kinnitamiseks kasutasid teadlased autokorrelatsioonina tuntud analüütilist meetodit, mis hindab signaali ja selle viivitatud versiooni sarnasust. Analüüsides kiiratud footoni mustrit autokorrelatsiooni abil, täheldasid teadlased mitteresonantsemissioone ja said lisaks tõendeid dopeeritud filtris oleva üksiku ytterbiumi iooni footonite emissiooni kohta.

Kuigi emiteeritud footonite kvaliteeti ja kogust saab veelgi parandada, saab välja töötatud ütterbiumi aatomitega optilist kiudu valmistada ilma kalleid jahutussüsteeme vajamata. See ületab olulise takistuse ja avab uksed erinevatele järgmise põlvkonna kvantinfotehnoloogiatele. "Oleme demonstreerinud odavat ühefotoni valgusallikat, millel on valitav lainepikkus ja ilma jahutussüsteemita. Edaspidi võib see võimaldada mitmesuguseid järgmise põlvkonna kvantinfotehnoloogiaid, nagu tõelised juhuslike arvude generaatorid, kvantkommunikatsioon, kvantloogikaoperatsioonid ja kõrglahutusega kujutise analüüs, mis ületab difraktsioonipiiri,“ järeldab dr Sanaka.