A jelenlegi kommunikációs technológia alapját fény- és hanghullámok alkotják. Míg a félvezetőkön lévő nanoméretű hanghullámok gigahertzes frekvenciájú jeleket dolgoznak fel vezeték nélküli átvitel céljából, addig a lézerfénnyel ellátott üvegszálak hozzák létre a világhálót.
A jövő egyik legsürgetőbb kérdése az, hogy ezeket a technológiákat hogyan lehet kiterjeszteni a kvantumrendszerekre a biztonságos (azaz érintésmentes) felépítés érdekében. kvantumkommunikáció hálózatokat.
A fénykvantumok vagy fotonok nagyon központi szerepet játszanak a kvantumtechnológiák fejlesztésében.
Valenciából, münsteriből, augsburgból, berlinből és müncheni német és spanyol tudósokból álló csapat sikeresen szabályozta az egyéni fénykvantumokat rendkívül nagy pontossággal. Tanulmányuk hanghullámot használ az egyén váltására fotonok egy chipen két kimenet között gigahertzes frekvencián.
Ez az első alkalom, hogy a tudósok új módszert mutattak be, amely felhasználható akusztikus kvantumtechnológiákhoz vagy összetett integrált fotonikus hálózatokhoz.
Prof. Hubert Krenner fizikus, a tanulmány vezetője Münster és Augsburg azt mondta: „Csapatunknak sikerült egyedi fotonokat generálnia egy miniatűr méretű chipen, majd példátlan pontossággal vezérelni azokat, precíz órajellel hang hullámok. "
Dr. Mauricio de Lima, aki a Valenciai Egyetemen kutat és koordinálja az ott folyó munkát, hozzáteszi: „Csipünk működési elvét a hagyományos lézerfény kapcsán ismertük, de most a fénykvantumok felhasználásával sikerült elérni a régóta áhított áttörést kvantumtechnológiák. "
A tanulmány során a tudósok egy chipet készítettek apró „vezető utakkal” a fénykvantumokhoz – úgynevezett hullámvezetőkhöz. Ezek körülbelül 30-szor vékonyabbak, mint az emberi haj. A chip kvantumfényforrásokat is tartalmaz, ún kvantumpontok.
Dr. Matthias Weiß, a Münsteri Egyetem munkatársa végezte el az optikai kísérleteket, és hozzátette: „Ezek a mindössze néhány nanométer méretű kvantumpontok szigetek a hullámvezetők belsejében, amelyek kibocsátanak fény mint egyedi fotonok. A kvantumpontok benne vannak a chipünkben, így nem kell bonyolult módszereket alkalmaznunk az egyedi fotonok más forrásból történő előállításához.
Dr. Dominik Bühler, aki a kvantumchipeket Ph.D. tanulmánya részeként tervezte. a Valenciai Egyetemen rámutat, hogy milyen gyors a technológia: "A nanoméretű hanghullámok használatával a chipen lévő fotonokat közvetlenül előre-hátra kapcsolhatjuk két kimenet között, soha nem látott sebességgel a hullámvezetőkben való terjedésük során."
Dr. Mauricio de Lima a jövőre való tekintettel azt mondta: "Már dolgozunk azon, hogy továbbfejlesztjük a chipünket, hogy tetszés szerint programozhassuk a fotonok kvantumállapotát, vagy akár több fotont is irányíthassunk különböző színű négy vagy több kimenet között."
Prof. Hubert Krenner Hozzáteszi, „Nano méretű hanghullámaink egyedülálló erősségéből profitálunk: mivel ezek a hullámok gyakorlatilag veszteségmentesen terjednek a chip felületén, egyetlen hullámmal csaknem annyi hullámvezetőt tudunk pontosan vezérelni, amennyit csak akarunk – és rendkívüli mértékben. nagyfokú precizitás.”
Folyóirat hivatkozások:
- Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline D. S. Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr., H. J. Krenner (2022): Chip-generálás és dinamikus egyes fotonok piezo-optomechanikai forgása. Nature Communications 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
