Huolimatta fotonisten laitteiden ja järjestelmien nopeasta kehityksestä, on-chip-tietotekniikat rajoittuvat enimmäkseen kaksitasoisiin järjestelmiin, koska niillä ei ole riittävää uudelleenkonfiguroitavuutta tiukan vaatimuksen täyttämiseksi. Vaikka äskettäin syntyneille vektorilasereille ja mikroonteloille on suunnattu laajoja ponnisteluja ulottuvuuksien laajentamiseksi, on edelleen haasteellista virittää aktiivisesti monipuolisia, suuriulotteisia valon superpositiotiloja tarpeen mukaan.
Tutkijat Penn Suunnittelu on luonut hyperulotteisen, pyörivän kiertoradan mikrolaserisirun, joka ylittää olemassa olevan turvallisuuden ja kestävyyden. kvanttiviestintä laitteisto. Heidän järjestelmänsä käyttää "quditteja" viestintään, mikä kaksinkertaistaa aikaisempien sirulla olevien lasereiden kvanttitietoavaruuden.
Kehittyneitä kvanttilaitteita käytetään kubittien, digitaalisen tiedon yksiköt, jotka voivat olla sekä 1 että 0 samanaikaisesti. Kvanttimekaniikassa tätä samanaikaisuuden tilaa kutsutaan "superpositioksi". Kvanttibittiä superpositiotilassa, joka on suurempi kuin kaksi tasoa, kutsutaan quditiksi, joka ilmaisee nämä lisämitat.
Uudessa laitteessa käytetään nelitasoisia quditteja, jotka mahdollistavat merkittäviä edistysaskeleita kvanttisalaus. Lisäksi laite tarjoaa neljä superpositiotasoa ja avaa oven ulottuvuuden entisestään kasvattamiselle.
Materiaalitieteen ja tekniikan (MSE) tutkijatohtori Zhifeng Zhang sanoi, "Suurin haaste oli vakioasetuksen monimutkaisuus ja skaalautumattomuus. Tiesimme jo, kuinka nämä nelitasoiset järjestelmät luodaan, mutta se vaati laboratorion ja monia erilaisia optisia työkaluja kaikkien ulottuvuuden kasvuun liittyvien parametrien ohjaamiseen. Tavoitteenamme oli saavuttaa tämä yhdellä sirulla. Ja juuri niin me teimme.”
Hyperdimensionaalinen spin-orbit-mikrolaser edistää ryhmän aiempaa työskentelyä pyörremikrolasereilla, jotka säätelevät herkästi fotonien orbitaalista kulmamomenttia (OAM). Uusi laite lisää fotonisen spinin hallinnan edellisen laserin ominaisuuksiin.
Tämä ylimääräinen hallinnan taso – kyky manipuloida ja yhdistää OAM:ia ja spiniä – on läpimurto, jonka ansiosta he pystyivät saavuttamaan nelitasoisen järjestelmän.
Tiimin työn tärkein kokeellinen saavutus on kaikkien niiden parametrien samanaikainen hallinta, jotka ovat estäneet qudit-luonnin integroidussa fotoniikassa.
ESE Ph.D. opiskelija Haoqi Zhao sanoi: "Ajattele fotoniemme kvanttitiloja kahtena päällekkäin pinoutuvana planeetana. Ennen meillä oli tietoa vain näiden planeettojen leveysasteista. Sen avulla voimme luoda enintään kaksi tasoa päällekkäisyys. Meillä ei ollut tarpeeksi tietoa pinotaaksemme ne neljään osaan. Nyt meillä on myös pituusaste. Tätä tietoa tarvitsemme manipuloidaksemme fotoneja kytketyllä tavalla ja saavuttaaksemme ulottuvuuden kasvun. Koordinoimme jokaisen planeetan pyöriminen ja pyöritä ja pidä kaksi planeettaa strategisessa suhteessa toisiinsa."
Liang Feng, materiaalitieteen ja tekniikan laitosten (MSE) professori, sanoi, "On paljon huolia siitä, että matemaattinen salaus, olipa kuinka monimutkainen tahansa, tulee yhä vähemmän tehokkaaksi, koska edistymme laskentatekniikoissa niin nopeasti. Kvanttiviestinnän riippuvuus fyysisistä esteistä matemaattisten esteiden sijaan tekee siitä immuuni näille tuleville uhille. On tärkeämpää kuin koskaan, että jatkamme kvanttiviestintätekniikoiden kehittämistä ja jalostamista.
Lehden viite:
- Zhang, Z., Zhao, H., Wu, S. et ai. Pyörivä mikrolaser, joka säteilee neliulotteisessa Hilbert-avaruudessa. luonto (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05339-z
