फोटोनिक उपकरणों और प्रणालियों के तेजी से विकास के बावजूद, ऑन-चिप सूचना प्रौद्योगिकियां कठोर आवश्यकता को पूरा करने के लिए पर्याप्त पुनर्संरचना की कमी के कारण ज्यादातर दो-स्तरीय प्रणालियों तक ही सीमित हैं। यहां तक कि आयामों का विस्तार करने के लिए हाल ही में उभरे वेक्टर लेजर और माइक्रोकैविटी के लिए समर्पित व्यापक प्रयासों के बावजूद, मांग पर प्रकाश के विविध, उच्च-आयामी सुपरपोजिशन राज्यों को सक्रिय रूप से ट्यून करना एक चुनौती बनी हुई है।
से वैज्ञानिकों पेन इंजीनियरिंग ने एक हाइपरडायमेंशनल, स्पिन-ऑर्बिट माइक्रोलेज़र चिप बनाई है जो मौजूदा की सुरक्षा और मजबूती को मात देती है क्वांटम संचार हार्डवेयर. उनका सिस्टम संचार के लिए "क्यूडिट्स" का उपयोग करता है, जो पहले के ऑन-चिप लेज़रों की क्वांटम सूचना स्थान को दोगुना कर देता है।
उन्नत क्वांटम उपकरणों का उपयोग qubits, डिजिटल जानकारी की इकाइयाँ एक साथ 1 और 0 दोनों होने में सक्षम हैं। क्वांटम यांत्रिकी में, एक साथ होने की इस स्थिति को "सुपरपोज़िशन" कहा जाता है। इन अतिरिक्त आयामों को संकेत देने के लिए दो स्तरों से अधिक सुपरपोजिशन की स्थिति में एक क्वांटम बिट को क्यूडिट कहा जाता है।
नया उपकरण चार-स्तरीय क्यूडिट्स का उपयोग करता है जो महत्वपूर्ण प्रगति को सक्षम बनाता है क्वांटम क्रिप्टोग्राफी. इसके अलावा, डिवाइस सुपरपोज़िशन के चार स्तर प्रदान करता है और आयाम में और वृद्धि का द्वार खोलता है।
सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग (एमएसई) पोस्टडॉक्टरल फेलो ज़ीफ़ेंग झांग ने कहा, “सबसे बड़ी चुनौती मानक सेटअप की जटिलता और गैर-स्केलेबिलिटी थी। हम पहले से ही जानते थे कि इन चार-स्तरीय प्रणालियों को कैसे उत्पन्न किया जाए, लेकिन आयाम में वृद्धि से जुड़े सभी मापदंडों को नियंत्रित करने के लिए एक प्रयोगशाला और कई अलग-अलग ऑप्टिकल उपकरणों की आवश्यकता थी। हमारा लक्ष्य इसे एक चिप पर हासिल करना था। और हमने बिलकुल वैसा ही किया।”
हाइपरडायमेंशनल स्पिन-ऑर्बिट माइक्रोलेजर भंवर माइक्रोलेजर के साथ समूह के पिछले काम को आगे बढ़ाता है, जो फोटॉन के कक्षीय कोणीय गति (ओएएम) को संवेदनशील रूप से नियंत्रित करता है। हालिया डिवाइस पूर्ववर्ती लेजर की क्षमताओं में फोटोनिक स्पिन पर नियंत्रण जोड़ता है।
नियंत्रण का यह अतिरिक्त स्तर - ओएएम और स्पिन में हेरफेर करने में सक्षम होना - वह सफलता है जिसने उन्हें चार-स्तरीय प्रणाली प्राप्त करने की अनुमति दी है।
टीम के काम की मुख्य प्रायोगिक उपलब्धि उन सभी मापदंडों का एक साथ नियंत्रण है जो एकीकृत फोटोनिक्स में क्यूडिट निर्माण को रोक रहे थे।
ईएसई पीएच.डी. छात्र हाओकी झाओ ने कहा, “हमारे फोटॉनों की क्वांटम अवस्थाओं के बारे में सोचें जैसे कि दो ग्रह एक दूसरे के ऊपर स्थित हैं। पहले, हमें केवल इन ग्रहों के अक्षांशों के बारे में जानकारी थी। इसके साथ, हम अधिकतम दो स्तर बना सकते हैं superposition. हमारे पास उन्हें चार भागों में बाँटने के लिए पर्याप्त जानकारी नहीं थी। अब, हमारे पास देशांतर भी है। यह वह जानकारी है जिसकी हमें फोटॉन को युग्मित तरीके से हेरफेर करने और आयामी वृद्धि प्राप्त करने के लिए आवश्यकता है। हम प्रत्येक का समन्वय करते हैं ग्रह का घूर्णन और दोनों ग्रहों को एक-दूसरे के साथ रणनीतिक संबंध में घुमाएं और पकड़ें।"
लियांग फेंग, सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग (एमएसई) में प्रोफेसर, कहा, “इस बात की बहुत चिंता है कि गणितीय एन्क्रिप्शन, चाहे कितना भी जटिल क्यों न हो, कम और कम प्रभावी होता जाएगा क्योंकि हम कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकियों में इतनी तेज़ी से आगे बढ़ रहे हैं। क्वांटम संचार की गणितीय बाधाओं के बजाय भौतिक पर निर्भरता इसे भविष्य के खतरों के प्रति प्रतिरक्षित बनाती है। यह पहले से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है कि हम क्वांटम संचार प्रौद्योगिकियों को विकसित और परिष्कृत करना जारी रखें।
जर्नल संदर्भ:
- झांग, जेड., झाओ, एच., वू, एस. एट अल. चार-आयामी हिल्बर्ट अंतरिक्ष में उत्सर्जित स्पिन-ऑर्बिट माइक्रोलेज़र। प्रकृति (2022)। DOI: 10.1038 / s41586-022-05339-z
