광소자 및 시스템의 급속한 발전에도 불구하고 온칩 정보 기술은 엄격한 요구 사항을 충족할 만큼 충분한 재구성 가능성이 부족하기 때문에 대부분 2레벨 시스템으로 제한됩니다. 차원을 확장하기 위해 최근에 등장한 벡터 레이저 및 미세공동에 대한 광범위한 노력에도 불구하고 필요에 따라 빛의 다양하고 고차원 중첩 상태를 적극적으로 조정하는 것은 여전히 어려운 일입니다.
과학자 펜 엔지니어링을 통해 기존의 보안 및 견고성을 능가하는 초차원 스핀 궤도 마이크로레이저 칩을 만들었습니다. 양자 통신 하드웨어. 그들의 시스템은 통신을 위해 "큐디트"를 사용하여 이전 온칩 레이저의 양자 정보 공간을 두 배로 늘립니다.
첨단 양자소자 활용 큐 비트, 동시에 1과 0이 될 수 있는 디지털 정보의 단위. 양자역학에서는 이러한 동시성 상태를 '중첩'이라고 합니다. XNUMX개 레벨보다 큰 중첩 상태의 양자 비트를 큐디트(qudit)라고 부르며 이러한 추가 차원에 대한 신호를 보냅니다.
새로운 장치는 4단계 큐디트를 사용하여 상당한 발전을 가능하게 합니다. 양자 암호화. 또한 이 장치는 4가지 중첩 수준을 제공하며 차원을 더욱 높일 수 있는 가능성을 열어줍니다.
재료 과학 및 공학(MSE) 박사후 연구원인 Zhifeng Zhang은 다음과 같이 말했습니다. “가장 큰 과제는 표준 설정의 복잡성과 비확장성이었습니다. 우리는 이미 이러한 4단계 시스템을 생성하는 방법을 알고 있었지만 치수 증가와 관련된 모든 매개변수를 제어하려면 실험실과 다양한 광학 도구가 필요했습니다. 우리의 목표는 단일 칩에서 이를 달성하는 것이었습니다. 그리고 그것이 바로 우리가 한 일입니다.”
초차원 스핀-궤도 마이크로레이저는 광자의 궤도 각 운동량(OAM)을 민감하게 조절하는 소용돌이 마이크로레이저를 사용하여 그룹의 과거 연구를 발전시킵니다. 최근 장치는 이전 레이저 기능에 광자 스핀 제어 기능을 추가했습니다.
OAM과 스핀을 조작하고 결합할 수 있는 이러한 추가 제어 수준은 4단계 시스템을 달성할 수 있는 획기적인 기술입니다.
팀 작업의 주요 실험 성과는 통합 포토닉스에서 큐디트 생성을 방해했던 모든 매개변수를 동시에 제어하는 것입니다.
ESE 박사 자오하오치(Haoqi Zhao) 학생이 말했습니다. “우리 광자의 양자 상태를 서로 겹쳐진 두 개의 행성으로 생각해보세요. 이전에는 이러한 행성의 위도에 대한 정보만 있었습니다. 이를 통해 최대 2개의 레벨을 생성할 수 있습니다. 위에 놓기. 4개로 묶을 만큼 정보가 부족했습니다. 이제 경도도 있습니다. 이는 결합 방식으로 광자를 조작하고 차원 증가를 달성하는 데 필요한 정보입니다. 우리는 각각을 조정합니다 행성의 자전 두 행성을 서로 전략적인 관계로 회전시키고 유지합니다.”
Liang Feng 재료공학과(MSE) 교수, 말했다, “컴퓨팅 기술이 너무 빠르게 발전하고 있기 때문에 수학적 암호화가 아무리 복잡하더라도 점점 효율성이 떨어질 것이라는 우려가 많습니다. 양자 통신은 수학적 장벽이 아닌 물리적 장벽에 의존하므로 이러한 미래의 위협으로부터 면역됩니다. 양자 통신 기술을 지속적으로 개발하고 개선하는 것이 그 어느 때보다 중요합니다.”
저널 참조 :
- Zhang, Z., Zhao, H., Wu, S. 외. 4차원 힐베르트 공간에서 방출되는 스핀 궤도 마이크로레이저. 자연 (2022). DOI : 10.1038 / s41586-022-05339-z
