Vaatamata fotooniliste seadmete ja süsteemide kiirele arengule piirduvad kiibipõhised infotehnoloogiad enamasti kahetasandiliste süsteemidega, kuna karmi nõude täitmiseks puudub piisav ümberkonfigureeritavus. Isegi suurte jõupingutustega, mis on pühendatud hiljuti ilmunud vektorlaseritele ja mikroõõnsustele, et laiendada mõõtmeid, jääb väljakutseks aktiivne häälestamine mitmekesiste, suuremõõtmeliste superpositsioonide olekute nõudmisel.
Teadlased Penn Insenerid on loonud hüperdimensioonilise pöörleva orbiidiga mikrolaserkiibi, mis ületab olemasoleva turvalisuse ja vastupidavuse. kvantkommunikatsioon riistvara. Nende süsteem kasutab suhtluseks qudite, kahekordistades varasemate kiibilaserite kvantinforuumi.
Täiustatud kvantseadmete kasutamine kubitid, digitaalse teabe ühikud, mis võivad olla samaaegselt nii 1 kui ka 0. Kvantmehaanikas nimetatakse seda samaaegsuse olekut "superpositsiooniks". Kvantbitti superpositsiooni olekus, mis on suurem kui kaks taset, nimetatakse quditiks, mis annab märku nendest lisamõõtmetest.
Uus seade kasutab neljatasemelisi qudite, mis võimaldavad olulisi edusamme kvantkrüptograafia. Lisaks pakub seade nelja superpositsiooni taset ja avab ukse mõõtmete edasiseks suurendamiseks.
Materjaliteaduse ja tehnika (MSE) järeldoktor Zhifeng Zhang ütles: "Suurim väljakutse oli standardse seadistuse keerukus ja skaleeritus. Teadsime juba, kuidas neid neljatasandilisi süsteeme luua, kuid selleks oli vaja laborit ja palju erinevaid optilisi tööriistu, et juhtida kõiki mõõtmete suurenemisega seotud parameetreid. Meie eesmärk oli see ühe kiibi abil saavutada. Ja see on täpselt see, mida me tegime."
Hüperdimensiooniline spin-orbiidi mikrolaser edendab rühma varasemat tööd keeriste mikrolaseritega, mis reguleerivad tundlikult footonite orbitaalset nurkmomenti (OAM). Hiljutine seade lisab eelneva laseri võimalustele juhtimise fotoonilise spinni üle.
See täiendav kontrollitase – võimalus OAM-i ja keerutamist manipuleerida ja siduda – on läbimurre, mis võimaldas neil saavutada neljatasandilise süsteemi.
Meeskonna töö peamine eksperimentaalne saavutus on kõigi nende parameetrite samaaegne juhtimine, mis takistasid integreeritud fotoonikas quditide loomist.
ESE Ph.D. õpilane Haoqi Zhao ütles: "Mõelge meie footonite kvantolekutele kui kahele planeedile, mis on üksteise peale laotud. Varem oli meil teave ainult nende planeetide laiuskraadide kohta. Sellega saaksime luua maksimaalselt kaks taset kihilisus. Meil ei olnud piisavalt teavet, et neid neljaks virnastada. Nüüd on meil ka pikkuskraad. See on teave, mida vajame footonitega seotud manipuleerimiseks ja mõõtmete suurenemise saavutamiseks. Koordineerime iga planeedi pöörlemine ja keerlevad ja hoiavad kahte planeeti üksteisega strateegilises suhtes.
Liang Feng, materjaliteaduse ja tehnika osakonna (MSE) professor, ütles, "On palju muret, et matemaatiline krüptimine, olenemata sellest, kui keeruline on, muutub üha vähem tõhusaks, kuna areneme arvutustehnoloogias nii kiiresti. Kvantkommunikatsiooni sõltuvus füüsilistest, mitte matemaatilistest tõketest muudab selle nende tulevaste ohtude suhtes immuunseks. On olulisem kui kunagi varem, et jätkame kvantkommunikatsioonitehnoloogiate arendamist ja täiustamist.
Ajakirja viide:
- Zhang, Z., Zhao, H., Wu, S. et al. Spin-orbiidi mikrolaser kiirgab neljamõõtmelises Hilberti ruumis. loodus (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05339-z
