A fotonikus eszközök és rendszerek rohamos fejlődése ellenére az on-chip információtechnológiák többnyire kétszintű rendszerekre korlátozódnak, mivel a szigorú követelményeknek nem megfelelő újrakonfigurálhatóság. Még a dimenziók bővítése érdekében a közelmúltban megjelent vektorlézerek és mikroüregek terén tett nagy erőfeszítések ellenére is kihívást jelent a fény diverzifikált, nagy dimenziós szuperpozíciós állapotainak igény szerinti aktív hangolása.
Tudósok Penn A mérnökök egy hiperdimenziós, forgópályás mikrolézer chipet hoztak létre, amely felülmúlja a meglévő biztonságát és robusztusságát. kvantumkommunikáció hardver. Rendszerük „qudit”-okat használ a kommunikációhoz, megkétszerezve a korábbi chip-lézerek kvantuminformációs terét.
Fejlett kvantumeszközök használata qubit, a digitális információ egységei, amelyek egyszerre 1 és 0 is lehetnek. A kvantummechanikában az egyidejűségnek ezt az állapotát „szuperpozíciónak” nevezik. A két szintnél nagyobb szuperpozíciós állapotban lévő kvantumbitet quditnek nevezzük, hogy jelezze ezeket a további dimenziókat.
Az új készülék négyszintű quditokat használ, amelyek jelentős előrelépést tesznek lehetővé kvantumkriptográfia. Ezen túlmenően az eszköz négy szuperpozíciószintet kínál, és megnyitja az ajtót a méret további növelése előtt.
Az anyagtudományi és mérnöki (MSE) posztdoktori ösztöndíjas, Zhifeng Zhang elmondta: „A legnagyobb kihívást a standard beállítás összetettsége és nem skálázhatósága jelentette. Már tudtuk, hogyan kell létrehozni ezeket a négyszintű rendszereket, de ehhez laboratóriumra és sok különböző optikai eszközre volt szükség a méretnöveléssel kapcsolatos összes paraméter szabályozásához. Célunk az volt, hogy ezt egyetlen chipen elérjük. És pontosan ezt tettük.”
A hiperdimenziós spin-orbit mikrolézer továbbfejleszti a csoport korábbi munkáját az örvény mikrolézerekkel, amelyek érzékenyen szabályozzák a fotonok orbitális szögmomentumát (OAM). A legújabb eszköz az előző lézer képességeihez hozzáadja a fotonikus centrifugálás vezérlését.
Ez a további vezérlési szint – az OAM és a pörgetés manipulálása és összekapcsolása – az az áttörés, amely lehetővé tette számukra a négyszintű rendszer elérését.
A csapat munkájának fő kísérleti eredménye az összes olyan paraméter egyidejű szabályozása, amelyek az integrált fotonikában megakadályozták a qudit létrehozását.
ESE Ph.D. Haoqi Zhao diák azt mondta: „Gondoljunk a fotonjaink kvantumállapotaira úgy, mint két bolygóra, amelyek egymásra helyezkednek. Korábban csak ezekről a bolygókról volt információnk. Ezzel maximum két szintet tudtunk létrehozni ráhelyezés. Nem volt elég információnk ahhoz, hogy négy részre rakjuk őket. Most van hosszúságunk is. Ez az az információ, amelyre szükségünk van a fotonok összekapcsolt módon történő manipulálásához és a dimenziónövekedés eléréséhez. Mindegyiket koordináljuk bolygó forgása és forgasd és tartsd stratégiai kapcsolatban egymással a két bolygót."
Liang Feng, az Anyagtudományi és Mérnöki Tanszék (MSE) professzora, mondott, „Nagy aggodalomra ad okot, hogy a matematikai titkosítás, bármilyen bonyolult is legyen, egyre kevésbé lesz hatékony, mert olyan gyorsan fejlődünk a számítástechnika terén. A kvantumkommunikáció fizikai, nem pedig matematikai akadályokra támaszkodva immunissá teszi ezeket a jövőbeli fenyegetéseket. Minden eddiginél fontosabb, hogy folytassuk a kvantumkommunikációs technológiák fejlesztését és finomítását.”
Journal Reference:
- Zhang, Z., Zhao, H., Wu, S. et al. Spin-orbit mikrolézer sugárzás egy négydimenziós Hilbert térben. Természet (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05339-z
