Yleensä informaatio "kirjoitetaan" fotonin spin-kulmamomentille kvanttiviestintäjärjestelmissä. Tässä skenaariossa fotonit joko pyörivät oikealle tai vasemmalle tai yhdistyvät tuottaen kaksiulotteisen kubitti, näiden kahden kvantti superpositio. Tietoa voidaan myös tallentaa fotonin kiertoradan kulmaliikemäärään, korkkiruuvin polun valo etenee, kun jokainen fotoni kiertää säteen keskustaa.
Qubitit ja qudits levittävät fotoniin tallennettua tietoa pisteestä toiseen. Suurin ero on se, että quditit voivat kuljettaa paljon enemmän tietoa samalla etäisyydellä kuin kubitit, mikä tarjoaa perustan seuraavan sukupolven turboahdukselle. kvanttiviestintä.
Uudessa tutkimuksessa kvanttitutkijat klo Stevensin teknologiainstituutti ovat osoittaneet menetelmän koodata enemmän tietoa yhdeksi fotoniksi, mikä avaa oven entistä nopeampiin ja tehokkaampiin kvanttiviestintätyökaluihin. Ne osoittavat myös, että he voivat luoda ja ohjata yksittäisiä lentäviä quaditeja tai "kierteisiä" fotoneja pyynnöstä.
Yichen Ma, jatko-opiskelija Straufin NanoPhotonics Labista, sanoi: "Normaalisti spin-kulmamomentti ja kiertoradan kulmamomentti ovat fotonin itsenäisiä ominaisuuksia. Laitteemme on ensimmäinen, joka osoittaa molempien ominaisuuksien samanaikaisen ohjauksen niiden välisen ohjatun kytkennän kautta. On iso juttu, että olemme osoittaneet, että voimme tehdä tämän yksittäisillä fotoneilla klassisten valonsäteiden sijaan, mikä on perusedellytys mille tahansa kvanttiviestintäsovellukselle.
”Tiedon koodaaminen kiertoradan kulmamomentiksi lisää siirrettävää informaatiota radikaalisti. "Kierteisten" fotonien hyödyntäminen voisi lisätä kvanttiviestintätyökalujen kaistanleveyttä, jolloin ne voivat siirtää dataa paljon nopeammin.
Tiedemiehet käyttivät atomipaksua volframidiselenidikalvoa kierteisten fotonien luomiseksi kvanttisäteilijän luomiseksi, joka pystyy lähettämään yksittäisiä fotoneja. Seuraavaksi he liittivät kvanttiemitterin sisäisesti heijastavaan donitsinmuotoiseen tilaan, jota kutsutaan rengasresonaattoriksi. Hienosäätämällä emitterin ja hammaspyörän muotoisen resonaattorin järjestelyä on mahdollista hyödyntää fotonin spinin ja sen kiertoradan kulmamomentin välistä vuorovaikutusta luodakseen yksittäisiä "kierteisiä" fotoneja tarpeen mukaan.
Avain tämän pyörimismomenttia lukittavan toiminnon mahdollistamiseen perustuu rengasresonaattorin hammaspyörän muotoiseen kuviointiin, joka suunnittelussa huolellisesti suunniteltuna luo kierteisen pyörteisen valonsäteen, jonka laite laukaisee valonnopeus.
Integroimalla nämä ominaisuudet yhdeksi mikrosiruksi, jonka halkaisija on vain 20 mikronia – noin neljännes sirun leveydestä. ihmiskarva - Tiimi on luonut kierreisen fotoniemitterin, joka pystyy toimimaan vuorovaikutuksessa muiden standardoitujen komponenttien kanssa osana kvanttiviestintäjärjestelmää.
Ma sanoi, ”Joitakin keskeisiä haasteita on edelleen. Vaikka tiimin tekniikka voi ohjata fotonispiraalin suuntaa - myötä- tai vastapäivään - tarvitaan enemmän työtä, jotta voidaan hallita tarkkaa kiertoradan kulmamomenttimoodin numeroa. Tämä kriittinen kyky mahdollistaa teoreettisesti äärettömän määrän erilaisia arvoja "kirjoittamisen" yhteen fotoniin ja myöhemmin erottamisen siitä. Straufin nanofotoniikkalaboratorion viimeisimmät kokeet osoittavat lupaavia tuloksia, joiden mukaan tämä ongelma voidaan pian ratkaista."
"Lisätyötä tarvitaan myös sellaisen laitteen luomiseksi, joka voi luoda kiertyneitä fotoneja, joilla on tarkasti yhdenmukaiset kvanttiominaisuudet, eli erottamattomia fotoneja. Tämä on keskeinen vaatimus, jotta kvantti-internet. Tällaiset haasteet vaikuttavat kaikkiin kvanttifotoniikan parissa työskenteleviin, ja niiden ratkaiseminen voi edellyttää läpimurtoja materiaalitieteen alalla.
”Edessä on paljon haasteita. Mutta olemme osoittaneet mahdollisuudet luoda kvanttivalolähteitä, jotka ovat monipuolisempia kuin mikään aiemmin mahdollista."
Lehden viite:
- Yichen Ma et ai., On-chip spin-orbit locking of quantum emitters in 2D materiaalit kiraalista emissiota varten, optica (2022). DOI: 10.1364/OPTIA.463481
