Podstawą współczesnej technologii komunikacyjnej są fale świetlne i dźwiękowe. Podczas gdy fale dźwiękowe w nanoskali na półprzewodnikach przetwarzają sygnały o częstotliwościach gigaherców w celu transmisji bezprzewodowej, włókna szklane ze światłem laserowym tworzą sieć World Wide Web.
Jednym z najbardziej palących pytań na przyszłość jest to, w jaki sposób technologie te można rozszerzyć na systemy kwantowe w celu zbudowania bezpiecznych (tj. komunikacja kwantowa sieciach.
Kwanty światła lub fotony odgrywają kluczową rolę w rozwoju technologii kwantowych.
Zespół niemieckich i hiszpańskich naukowców z Walencji, Münster, Augsburga, Berlina i Monachium z powodzeniem kontrolował poszczególne kwanty światła z niezwykle wysokim stopniem precyzji. Ich badanie wykorzystuje falę dźwiękową do zmiany osoby fotony na chipie między dwoma wyjściami przy częstotliwościach gigahercowych.
Po raz pierwszy naukowcy zademonstrowali nową metodę, którą można zastosować w akustycznych technologiach kwantowych lub złożonych zintegrowanych sieciach fotonicznych.
Fizyk prof. Hubert Krenner, który kieruje badaniami w Münster i Augsburgu, powiedział, „Naszemu zespołowi udało się teraz wygenerować pojedyncze fotony na chipie wielkości paznokcia, a następnie kontrolować je z niespotykaną precyzją, precyzyjnie taktowaną za pomocą fale dźwiękowe".
Dr Mauricio de Lima, który prowadzi badania na Uniwersytecie w Walencji i koordynuje prowadzone tam prace, dodaje: „Zasada działania naszego chipa była nam znana w odniesieniu do konwencjonalnego światła laserowego, ale teraz, przy użyciu kwantów światła, udało nam się dokonać upragnionego przełomu w kierunku technologie kwantowe".
W ramach badań naukowcy wytworzyli chip z maleńkimi "ścieżkami przewodzącymi" dla kwantów światła - tak zwanymi falowodami. Są one około 30 razy cieńsze niż ludzki włos. Chip zawiera również kwantowe źródła światła, tzw kropki kwantowe.
Dr Matthias Weiß z Uniwersytetu w Münster przeprowadził eksperymenty optyczne i dodał: „Te kropki kwantowe, o wielkości zaledwie kilku nanometrów, to wyspy wewnątrz falowodów, które emitują lekki jako pojedyncze fotony. Kropki kwantowe są zawarte w naszym chipie, więc nie musimy stosować skomplikowanych metod generowania pojedynczych fotonów za pomocą innego źródła.”
Dr Dominik Bühler, który zaprojektował chipy kwantowe w ramach swojej pracy doktorskiej. na Uniwersytecie w Walencji zwraca uwagę na szybkość tej technologii: „Korzystając z fal dźwiękowych w nanoskali, możemy bezpośrednio przełączać fotony na chipie między dwoma wyjściami z niespotykaną prędkością podczas ich propagacji w falowodach”.
Dr Mauricio de Lima, patrząc w przyszłość, powiedział: „Już teraz pracujemy na pełnych obrotach, aby ulepszyć nasz chip, abyśmy mogli programować stan kwantowy fotonów zgodnie z naszym życzeniem, a nawet kontrolować kilka fotonów o różnych kolorach między czterema lub więcej wyjściami”.
prof. Huberta Krennera dodaje, „Korzystamy tutaj z wyjątkowej siły, jaką mają nasze nanoskalowe fale dźwiękowe: ponieważ fale te rozchodzą się praktycznie bez strat na powierzchni chipa, możemy zgrabnie kontrolować prawie dowolną liczbę falowodów za pomocą jednej fali – i to w niezwykle wysoki stopień precyzji”.
Odniesienia do czasopism:
- Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline DS Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr., HJ Krenner (2022): Generowanie i dynamika na chipie piezooptomechaniczna rotacja pojedynczych fotonów. Komunikacja natury 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
