आमतौर पर, सूचना क्वांटम संचार प्रणालियों में एक फोटॉन के स्पिन कोणीय गति पर "लिखित" होती है। इस परिदृश्य में, फोटॉन या तो दाएँ- या बाएँ-वृत्ताकार घुमाव करते हैं या द्वि-आयामी बनाने के लिए संयोजित होते हैं qubit, दोनों का एक क्वांटम सुपरपोजिशन। सूचना को एक फोटॉन की कक्षीय कोणीय गति पर भी संग्रहीत किया जा सकता है, कॉर्कस्क्रू पथ प्रकाश आगे बढ़ता है जबकि प्रत्येक फोटॉन बीम के केंद्र को घेरता है।
क्यूबिट्स और क्यूडिट्स फोटॉन में संग्रहीत जानकारी को एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक प्रसारित करते हैं। मुख्य अंतर यह है कि qudits समान दूरी पर qubits की तुलना में अधिक जानकारी ले जा सकता है, जो अगली पीढ़ी के टर्बोचार्जिंग के लिए आधार प्रदान करता है। क्वांटम संचार.
एक नए अध्ययन में, क्वांटम वैज्ञानिक स्टीवंस इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी एक फोटॉन में अधिक जानकारी को एन्कोड करने के लिए एक विधि का प्रदर्शन किया है, और भी तेज़ और अधिक शक्तिशाली क्वांटम संचार उपकरण के लिए दरवाजा खोल रहा है। वे यह भी दिखाते हैं कि मांग पर वे अलग-अलग फ्लाइंग क्विडिट्स या "ट्विस्टी" फोटॉन बना और नियंत्रित कर सकते हैं।
स्ट्राफ के नैनोफोटोनिक्स लैब में स्नातक छात्र यिचेन मा ने कहा, "आम तौर पर, स्पिन कोणीय गति और कक्षीय कोणीय गति एक फोटॉन के स्वतंत्र गुण होते हैं। हमारी डिवाइस दोनों के बीच नियंत्रित कपलिंग के माध्यम से दोनों संपत्तियों के एक साथ नियंत्रण को प्रदर्शित करने वाली पहली डिवाइस है। यह एक बड़ी बात है कि हमने दिखाया है कि हम क्लासिकल लाइट बीम के बजाय सिंगल फोटॉन के साथ ऐसा कर सकते हैं, जो कि किसी भी क्वांटम कम्युनिकेशन एप्लिकेशन के लिए बुनियादी आवश्यकता है।
"कक्षीय कोणीय गति में एन्कोडिंग जानकारी मौलिक रूप से उस सूचना को बढ़ाती है जिसे प्रसारित किया जा सकता है। "ट्विस्टी" फोटॉनों का लाभ उठाने से क्वांटम संचार उपकरणों की बैंडविड्थ को बढ़ावा मिल सकता है, जिससे उन्हें डेटा को और अधिक तेज़ी से प्रसारित करने में मदद मिलती है।
वैज्ञानिकों ने एकल फोटॉन उत्सर्जित करने में सक्षम क्वांटम एमिटर बनाने के लिए ट्विस्टी फोटॉन बनाने के लिए टंगस्टन डिसेलेनाइड की एक परमाणु-मोटी फिल्म का उपयोग किया। इसके बाद, उन्होंने क्वांटम उत्सर्जक को आंतरिक रूप से परावर्तक डोनट-आकार की जगह में जोड़ा, जिसे रिंग रेज़ोनेटर कहा जाता है। उत्सर्जक और गियर के आकार के गुंजयमान यंत्र की व्यवस्था को ठीक करके, मांग पर अलग-अलग "ट्विस्टी" फोटॉन बनाने के लिए फोटॉन के स्पिन और इसकी कक्षीय कोणीय गति के बीच की बातचीत का लाभ उठाना संभव है।
इस स्पिन-मोमेंटम-लॉकिंग कार्यक्षमता को सक्षम करने की कुंजी रिंग रेज़ोनेटर के गियर-आकार के पैटर्निंग पर निर्भर करती है, जो डिज़ाइन में सावधानी से इंजीनियर होने पर, प्रकाश के ट्विस्टी वोर्टेक्स बीम बनाता है जो डिवाइस पर शूट करता है। प्रकाश की गति.
उन क्षमताओं को एक एकल माइक्रोचिप में एकीकृत करके, जो केवल 20 माइक्रोन के आकार को मापता है - एक की चौड़ाई का लगभग एक चौथाई मानव बाल - टीम ने क्वांटम संचार प्रणाली के हिस्से के रूप में अन्य मानकीकृत घटकों के साथ बातचीत करने में सक्षम एक ट्विस्टी-फोटॉन उत्सर्जक बनाया है।
Ma कहा, “कुछ प्रमुख चुनौतियाँ बनी हुई हैं। जबकि टीम की तकनीक उस दिशा को नियंत्रित कर सकती है जिसमें एक फोटॉन सर्पिल - दक्षिणावर्त या वामावर्त - सटीक कक्षीय कोणीय गति मोड संख्या को नियंत्रित करने के लिए अधिक कार्य की आवश्यकता होती है। वह महत्वपूर्ण क्षमता अलग-अलग मूल्यों की सैद्धांतिक रूप से अनंत सीमा को "लिखने" और बाद में एक फोटॉन से निकालने में सक्षम बनाती है। स्ट्राफ की नैनोफोटोनिक्स लैब में नवीनतम प्रयोग आशाजनक परिणाम दिखाते हैं कि यह समस्या जल्द ही दूर हो सकती है।
"एक डिवाइस बनाने के लिए और काम करने की भी आवश्यकता है जो कठोर रूप से लगातार क्वांटम गुणों के साथ मुड़ फोटॉन बना सकता है, यानी अलग-अलग फोटॉन - सक्षम करने के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता क्वांटम इंटरनेट. ऐसी चुनौतियाँ क्वांटम फोटोनिक्स में काम करने वाले सभी लोगों को प्रभावित करती हैं और इसे हल करने के लिए सामग्री विज्ञान में सफलता की आवश्यकता हो सकती है।
“बहुत सारी चुनौतियाँ सामने हैं। लेकिन हमने क्वांटम प्रकाश स्रोत बनाने की क्षमता दिखाई है जो पहले की किसी भी चीज़ की तुलना में अधिक बहुमुखी हैं।"
जर्नल संदर्भ:
- यिचेन मा एट अल।, चिरल उत्सर्जन के लिए 2डी सामग्री में क्वांटम उत्सर्जकों की ऑन-चिप स्पिन-ऑर्बिट लॉकिंग, optica (2022)। DOI: 10.1364/ऑप्टिका.463481
