Nykyisen viestintätekniikan perusta koostuu valo- ja ääniaalloista. Puolijohteiden nanomittakaavaiset ääniaallot prosessoivat signaaleja gigahertsin taajuuksilla langatonta siirtoa varten, kun taas lasikuidut laservalolla luovat World Wide Webin.
Yksi tulevaisuuden kiireellisimmistä kysymyksistä on, kuinka näitä tekniikoita voidaan laajentaa kvanttijärjestelmiin turvallisten (eli koskettamattomien) luomiseksi. kvanttiviestintä verkoissa.
Valokvanteilla tai fotoneilla on erittäin keskeinen rooli kvanttiteknologian kehittämisessä.
Ryhmä saksalaisia ja espanjalaisia tutkijoita Valenciasta, Münsteristä, Augsburgista, Berliinistä ja Münchenistä on onnistuneesti ohjannut yksittäisiä valokvantteja erittäin tarkasti. Heidän tutkimuksensa käyttää ääniaaltoa yksilön vaihtamiseen fotonit sirulla kahden lähdön välillä gigahertsitaajuuksilla.
Tämä on ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat osoittaneet uuden menetelmän, jota voidaan käyttää akustisiin kvanttitekniikoihin tai monimutkaisiin integroituihin fotoniverkkoihin.
Fyysikko prof. Hubert Krenner, joka johtaa tutkimusta Münster ja Augsburg, sanoi: "Tiimimme on nyt onnistunut luomaan yksittäisiä fotoneja pikkukuvan kokoiselle sirulle ja sitten ohjaamaan niitä ennennäkemättömällä tarkkuudella tarkasti kellotettuina ääniaallot"
Tohtori Mauricio de Lima, joka tekee tutkimusta Valencian yliopistossa ja koordinoi siellä tehtävää työtä, lisää "Sirumme toimintaperiaate oli meille tuttu perinteisen laservalon suhteen, mutta nyt valokvantteja käyttämällä olemme onnistuneet saamaan kauan toivotun läpimurron kohti kvantitekniikat"
Tutkimuksessa tutkijat valmistivat sirun, jossa oli pieniä "johtavia polkuja" valokvanteille - niin sanotuille aaltoputkille. Nämä ovat noin 30 kertaa ohuempia kuin ihmisen hiukset. Siru sisältää myös kvanttivalolähteitä, ns kvanttipisteet.
Tri Matthias Weiß Münsterin yliopistosta suoritti optiset kokeet ja lisäsi: "Nämä kvanttipisteet, kooltaan vain muutaman nanometrin, ovat saaria aaltoputkien sisällä, jotka lähettävät valo yksittäisinä fotoneina. Kvanttipisteet ovat mukana sirussamme, joten meidän ei tarvitse käyttää monimutkaisia menetelmiä luodaksemme yksittäisiä fotoneja toisen lähteen avulla.
Tohtori Dominik Bühler, joka suunnitteli kvanttisirut osana Ph.D:ään. Valencian yliopistossa huomauttaa, kuinka nopea tekniikka on: "Käyttämällä nanomittakaavan ääniaaltoja voimme suoraan vaihtaa sirun fotoneja edestakaisin kahden lähdön välillä ennennäkemättömällä nopeudella niiden etenemisen aikana aaltoputkissa."
Tohtori Mauricio de Lima tulevaisuutta ajatellen sanoi: "Teemme jo tiiviisti parantaaksemme siruamme, jotta voimme ohjelmoida fotonien kvanttitilan haluamallamme tavalla tai jopa ohjata useita fotoneja eri väreillä neljän tai useamman lähdön välillä."
Professori Hubert Krenner lisää, "Hyödymme tässä ainutlaatuisesta nanomittakaavaisten ääniaaltojen vahvuudesta: koska nämä aallot etenevät käytännössä häviöttömästi sirun pinnalla, voimme ohjata siististi lähes niin monta aaltoputkea kuin haluamme yhdellä ainoalla aallolla – ja erittäin suureksi. korkea tarkkuus."
Lehtiviitteet:
- Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline D. S. Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr., H. J. Krenner (2022): On-chip Generation and dynamic Yksittäisten fotonien pietso-optomekaaninen kierto. Nature Communications 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
