Tavaliselt "kirjutatakse" teave kvantkommunikatsioonisüsteemide footoni pöörlemisnurkmomendile. Selle stsenaariumi korral pöörlevad footonid kas paremale või vasakule ringikujuliselt või ühinevad kahemõõtmelise kubitid, nende kahe kvantsuperpositsioon. Teavet saab salvestada ka footoni orbiidi nurkimpulsi kohta, korgitser tee valgus liigub edasi, kui iga footon tiirleb ümber kiire keskpunkti.
Qubits ja qudits levitavad footonitesse salvestatud teavet ühest punktist teise. Peamine erinevus seisneb selles, et kudiidid suudavad kanda palju rohkem teavet sama vahemaa tagant kui kubitid, mis on aluse järgmise põlvkonna turboülelaadimiseks. kvantkommunikatsioon.
Uues uuringus leidsid kvantteadlased kl Stevensi Tehnoloogiainstituut on demonstreerinud meetodit rohkema teabe kodeerimiseks üheks footoniks, avades ukse veelgi kiirematele ja võimsamatele kvantkommunikatsioonivahenditele. Samuti näitavad need, et nad suudavad soovi korral luua ja juhtida üksikuid lendavaid kvidite ehk "keerduvaid" footoneid.
Straufi nanofotonika labori kraadiõppur Yichen Ma ütles: "Tavaliselt on pöörlemise nurkimpulss ja orbiidi nurkimment footoni sõltumatud omadused. Meie seade on esimene, mis demonstreerib mõlema omaduse samaaegset juhtimist nende kahe kontrollitud ühenduse kaudu. On suur asi, et oleme näidanud, et suudame seda teha üksikute footonitega, mitte klassikaliste valguskiirtega, mis on mis tahes kvantkommunikatsioonirakenduse põhinõue.
"Teabe kodeerimine orbiidi nurkimpulssiks suurendab radikaalselt edastatavat teavet. "Keeruliste" footonite kasutamine võib suurendada kvantkommunikatsioonivahendite ribalaiust, võimaldades neil andmeid palju kiiremini edastada.
Teadlased kasutasid aatomi paksust volframdiseleniidi kilet, et luua keerduvaid footoneid, et luua kvantkiirgur, mis on võimeline kiirgama üksikuid footoneid. Järgmisena ühendasid nad kvantemitter sisemiselt peegeldavasse sõõrikukujulisse ruumi, mida nimetatakse ringresonaatoriks. Emitteri ja hammasrattakujulise resonaatori paigutuse peenhäälestamisel on võimalik võimendada footoni spinni ja selle orbiidi nurkmomendi vahelist koostoimet, et luua nõudmisel üksikuid "keerduvaid" footoneid.
Selle pöörlemismomenti lukustava funktsiooni võimaldamise võti tugineb rõngasresonaatori hammasrattakujulisele mustrile, mis hoolikalt projekteerimisel loob keerulise keerise valgusvihu, mille seade välja laseb valguse kiirus.
Integreerides need võimalused ühte mikrokiipi, mille läbimõõt on vaid 20 mikronit – umbes veerand kiibi laiusest. inimese juuksed — meeskond on loonud keerdfotoni emitteri, mis suudab kvantkommunikatsioonisüsteemi osana suhelda teiste standardsete komponentidega.
Ma ütles, "Mõned peamised väljakutsed jäävad alles. Kuigi meeskonna tehnoloogia suudab juhtida footoni spiraali suunda - päripäeva või vastupäeva - on orbiidi täpse nurkmomendi režiimi numbri kontrollimiseks vaja rohkem tööd. See kriitiline võime võimaldab teoreetiliselt lõpmatu hulga erinevaid väärtusi "kirjutada" ühte footoni ja hiljem sellest eraldada. Viimased katsed Straufi nanofotoonika laboris näitavad paljutõotavaid tulemusi, et sellest probleemist saab peagi üle saada.
"Täiendavat tööd on vaja ka seadme loomiseks, mis suudab luua rangelt järjepidevate kvantomadustega väänatud footoneid, st eristamatuid footoneid – see on põhinõue, et võimaldada kvantinternett. Sellised väljakutsed mõjutavad kõiki kvantfotoonikaga tegelevaid inimesi ja nende lahendamiseks võib vaja minna läbimurdeid materjaliteaduses.
"Ees ootab palju väljakutseid. Kuid oleme näidanud potentsiaali luua kvantvalgusallikaid, mis on mitmekülgsemad kui miski varem võimalik.
Ajakirja viide:
- Yichen Ma jt, 2D materjalide kvantemitterite kiibil spin-orbiidi lukustamine kiraalse emissiooni jaoks, Optica (2022). DOI: 10.1364/OPTICA.463481
