एकल फोटॉन कई उभरती हुई क्वांटम प्रौद्योगिकियों के लिए एक महत्वपूर्ण आधार हैं, लेकिन सही एकल-फोटॉन स्रोत बनाना चुनौतीपूर्ण है। यह विशेष रूप से सच है जब कॉम्पैक्ट सिस्टम विकसित करने की कोशिश की जा रही है जो सावधानीपूर्वक नियंत्रित प्रयोगशाला वातावरण के बाहर भारी उप-शून्य शीतलन बुनियादी ढांचे के बिना काम कर सकते हैं। ऑस्ट्रेलिया में वैज्ञानिकों ने अब एक नया स्रोत डिज़ाइन विकसित करके इस चुनौती का समाधान किया है जो कमरे के तापमान पर काम करते हुए प्रति सेकंड 10 मिलियन से अधिक सिंगल फोटॉन का उत्पादन कर सकता है।
एक आदर्श सिंगल-फोटॉन स्रोत उपयोगकर्ता को मांग पर बिल्कुल एक शुद्ध सिंगल फोटॉन प्रदान करेगा। वास्तविक दुनिया के उपकरणों में अक्सर इन आदर्श विशेषताओं के बीच एक व्यापार-बंद होता है जो एप्लिकेशन के आधार पर भिन्न होता है। नवीनतम कार्य में, शोधकर्ताओं ने के नेतृत्व में इगोर अहारोनोविच प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय, सिडनी ने हेक्सागोनल बोरॉन नाइट्राइड (एचबीएन) नामक 2डी क्रिस्टलीय सामग्री पर अपना एकल-फोटॉन स्रोत आधारित किया। क्रिस्टल की परमाणु संरचना अपूर्ण है, और एक लेज़र जैसे गहन स्रोत से प्रकाश इन खामियों, या दोषों का कारण बन सकता है, यहां तक कि कमरे के तापमान पर भी एकल फोटॉन का उत्सर्जन करता है।
एक बेहतर संग्रह विधि
इन सामग्रियों का उपयोग करते समय चुनौतियों में से एक संग्रह विधि विकसित करना है जो सुनिश्चित करता है कि उत्पन्न फोटॉन वास्तव में प्रयोग योग्य हैं। अहरोनोविच और उनके सहयोगियों ने एचबीएन सामग्री के फ्लेक्स को सीधे एक छोटे गोलार्द्ध संग्रह लेंस पर जमा करके इस चुनौती को संबोधित किया, जिसे एक ठोस विसर्जन लेंस (एसआईएल) कहा जाता है।
इन एसआईएल का व्यास सिर्फ 1 मिमी है, जो उन्हें एक विशेष प्रयोगात्मक चुनौती से निपटने में मदद करता है। चिमटी से लैस, शोधकर्ताओं ने एकीकृत एचबीएन-लेंस को एक पोर्टेबल कस्टम-निर्मित माइक्रोस्कोप सेट-अप में रखा (चित्र देखें)। एक सावधानी से तैनात लेजर स्रोत तब नमूने को उत्तेजित करता है और एसआईएल उत्सर्जित एकल फोटॉन को एक डिटेक्टर पर केंद्रित करता है। एक लेंस के साथ 2डी सामग्री को मिलाकर, शोधकर्ताओं ने पिछले तरीकों की तुलना में फोटॉन संग्रह दक्षता में छह गुना सुधार का प्रदर्शन किया। ये अन्य विधियां जटिल नैनोस्केल इंजीनियरिंग प्रक्रियाओं पर भी निर्भर करती हैं, जो उन्हें बड़े पैमाने पर दैनिक क्वांटम संचार अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त बनाती हैं।
शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि उनके द्वारा उत्पादित एकल फोटॉन उत्कृष्ट शुद्धता के हैं। यहाँ पवित्रता का अर्थ है एक से अधिक फोटॉनों के बजाय एकल फोटॉन उत्सर्जित करने की संभावना - इन स्रोतों की गुणवत्ता का आकलन करने में एक महत्वपूर्ण मीट्रिक। लंबी अवधि के परीक्षणों से पता चला है कि सिस्टम स्थिर तरीके से उच्च शुद्धता वाले एकल फोटॉन उत्पन्न करता है, आगे क्वांटम कुंजी वितरण (क्यूकेडी) जैसे अनुप्रयोगों में तैनाती के लिए इसकी उपयुक्तता की पुष्टि करता है। इस एप्लिकेशन में, बेहतर सिंगल-फोटॉन स्रोत क्रिप्टोग्राफी प्रोटोकॉल की सुरक्षा में सुधार कर सकते हैं जो सिग्नल हानि या गुप्तचरों के लिए भेद्यता के बिना सूचना के सुरक्षित संचरण को सक्षम करने के लिए उपयोग किया जाता है।
उच्च संचरण दर
एक बार जब उन्हें पता चल गया कि उनका सिस्टम प्रति सेकंड कितने फोटॉन का उत्पादन करता है, तो शोधकर्ताओं ने अनुमान लगाया कि BB84 के रूप में जाने जाने वाले व्यापक रूप से अपनाए गए QKD प्रोटोकॉल का उपयोग करके व्यावहारिक QKD परिदृश्य में यह कितना प्रभावी होगा। वे दिखाते हैं कि यह सिंगल-फोटॉन स्रोत लगभग 8 किमी के दायरे में उच्च संचरण दर बनाए रख सकता है, जो शहर भर में क्यूकेडी कवरेज की अनुमति देगा। इस तथ्य के साथ कि सिस्टम कमरे के तापमान पर काम करता है, यह हर रोज सुरक्षित क्वांटम संचार अनुप्रयोगों के लिए सिस्टम की व्यावहारिकता पर प्रकाश डालता है।
विज्ञान संचार में अपना करियर बनाना, सिंगल-फोटॉन डिटेक्टरों का व्यावसायीकरण करना
कार्य की भविष्य की दिशा पर टिप्पणी करते हुए, हेलेन ज़ेंगो, परियोजना पर काम कर रहे शोधकर्ताओं में से एक ने कहा, "हम इन क्वांटम 2 डी सामग्रियों को वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोगों में शामिल करने की दिशा में अपना ध्यान बदलने के लिए तैयार हैं, जो निस्संदेह क्वांटम संचार के क्षेत्र में दूरगामी परिणाम होंगे।"
नए सिंगल-फोटॉन स्रोत का वर्णन किया गया है प्रकाशिकी पत्र.
