علیرغم توسعه سریع دستگاه‌ها و سیستم‌های فوتونیک، فناوری‌های اطلاعات روی تراشه عمدتاً به سیستم‌های دو سطحی محدود می‌شوند به دلیل عدم پیکربندی مجدد کافی برای برآورده کردن نیازهای دقیق. حتی با تلاش‌های گسترده‌ای که به لیزرهای برداری و ریزحفره‌های اخیراً برای گسترش ابعاد اختصاص داده شده است، تنظیم فعال حالت‌های برهم‌نهی متنوع و با ابعاد بالا بر حسب تقاضا همچنان یک چالش است.
دانشمندان از پن مهندسین یک تراشه میکرولیزر فوق‌بعدی و مدار چرخشی ایجاد کرده‌اند که از امنیت و استحکام دستگاه‌های موجود پیشی می‌گیرد. ارتباطات کوانتومی سخت افزار سیستم آنها از qudits برای ارتباط استفاده می کند و فضای اطلاعات کوانتومی لیزرهای روی تراشه قبلی را دو برابر می کند.
استفاده از دستگاه های کوانتومی پیشرفته کیوبیتواحدهایی از اطلاعات دیجیتالی که می توانند همزمان 1 و 0 باشند. در مکانیک کوانتومی، این حالت همزمانی «ابرجا» نامیده می‌شود. یک بیت کوانتومی در حالت برهم نهی بیشتر از دو سطح، qudit نامیده می شود تا این ابعاد اضافی را نشان دهد.
دستگاه جدید از qudit های چهار سطحی استفاده می کند که پیشرفت های قابل توجهی را امکان پذیر می کند رمزنگاری کوانتومی. علاوه بر این، این دستگاه چهار سطح سوپرپوزیشن را ارائه می دهد و دری را برای افزایش بیشتر ابعاد باز می کند.
ژیفنگ ژانگ، دانشجوی فوق دکترای علوم و مهندسی مواد (MSE) گفت: "بزرگترین چالش پیچیدگی و غیر مقیاس پذیری راه اندازی استاندارد بود. ما قبلاً می دانستیم که چگونه این سیستم های چهار سطحی را تولید کنیم، اما برای کنترل تمام پارامترهای مرتبط با افزایش ابعاد، به آزمایشگاه و ابزارهای نوری مختلف نیاز داشتیم. هدف ما رسیدن به این هدف در یک تراشه بود. و این دقیقاً همان کاری است که ما انجام دادیم.»
میکرولیزر مدار چرخشی فوق بعدی، کار گذشته گروه را با میکرولیزرهای گردابی، که به طور حساسی تکانه زاویه ای مداری فوتون ها (OAM) را تنظیم می کند، پیش می برد. دستگاه اخیر کنترل اسپین فوتونیک را به قابلیت های لیزر قبلی اضافه می کند.
این سطح اضافی از کنترل - توانایی دستکاری و جفت کردن OAM و چرخش - پیشرفتی است که به آنها امکان دستیابی به یک سیستم چهار سطحی را می دهد.
دستاورد تجربی اصلی کار این تیم، کنترل همزمان تمام پارامترهایی است که از ایجاد qudit در فوتونیک یکپارچه جلوگیری می‌کردند.
ESE Ph.D. دانش‌آموز هائوکی ژائو گفت، «حالات کوانتومی فوتون‌های ما را به‌عنوان دو سیاره که روی هم قرار گرفته‌اند، در نظر بگیرید. قبلاً ما فقط اطلاعاتی در مورد عرض جغرافیایی این سیارات داشتیم. با آن، ما می توانیم حداکثر دو سطح ایجاد کنیم برهم نهی. ما اطلاعات کافی نداشتیم تا آنها را به چهار قسمت تقسیم کنیم. اکنون، طول جغرافیایی نیز داریم. این اطلاعاتی است که ما برای دستکاری فوتون ها به روش جفت شده و دستیابی به افزایش ابعادی به آن نیاز داریم. هر کدام را هماهنگ می کنیم چرخش سیاره و دو سیاره را در ارتباط استراتژیک با یکدیگر بچرخانید و نگه دارید.»
لیانگ فنگ، استاد گروه علوم و مهندسی مواد (MSE)، گفت:, نگرانی زیادی وجود دارد که رمزگذاری ریاضی، صرف نظر از اینکه چقدر پیچیده باشد، کمتر و کمتر موثر می شود زیرا ما در فناوری های محاسباتی به سرعت در حال پیشرفت هستیم. اتکای ارتباطات کوانتومی به موانع فیزیکی و نه ریاضی، آن را از این تهدیدات آتی مصون می‌سازد. مهم‌تر از همیشه این است که ما به توسعه و اصلاح فناوری‌های ارتباطی کوانتومی ادامه دهیم.»
مرجع مجله:
- Zhang, Z., Zhao, H., Wu, S. و همکاران. تابش میکرولیزر مدار چرخشی در فضای چهار بعدی هیلبرت. طبیعت (2022) DOI: 10.1038 / s41586-022-05339-Z
