Raziskovalci na Japonskem napovedujejo Quantum Advance pri sobni temperaturi – Analiza novic o visokozmogljivem računalniškem | znotraj HPC

Del te študije sta bila tudi izredni profesor Mark Sadgrove in g. Kaito Shimizu iz TUS ter profesor Kae Nemoto z podiplomske univerze Okinawa Institute of Science and Technology. Ta na novo razviti enofotonski svetlobni vir odpravlja potrebo po dragih hladilnih sistemih in ima potencial, da naredi kvantna omrežja stroškovno učinkovitejša in dostopnejša.

Enofotonski oddajniki kvantno mehansko povezujejo kvantne bite (ali kubite) med vozlišči v kvantnih omrežjih. Običajno so izdelani z vdelavo elementov redkih zemelj v optična vlakna pri izjemno nizkih temperaturah. Zdaj so raziskovalci iz Japonske, ki jih vodi izredni profesor Kaoru Sanaka s Tokijske univerze znanosti, razvili optično vlakno, dopirano z iterbijem, pri sobni temperaturi. Z izogibanjem potrebi po dragih hladilnih rešitvah predlagana metoda ponuja stroškovno učinkovito platformo za fotonske kvantne aplikacije.

Kvantni sistemi obljubljajo hitrejše računalništvo in močnejše šifriranje za računalniške in komunikacijske sisteme. Ti sistemi so lahko zgrajeni na optičnih omrežjih, ki vključujejo med seboj povezana vozlišča, ki so sestavljena iz kubitov in enofotonskih generatorjev, ki ustvarjajo zapletene fotonske pare.

V zvezi s tem so atomi in ioni redkih zemelj (RE) v trdnih materialih zelo obetavni kot enofotonski generatorji. Ti materiali so združljivi z optičnimi omrežji in oddajajo fotone v širokem razponu valovnih dolžin. Zaradi njihovega širokega spektralnega razpona bi lahko optična vlakna, dopirana s temi elementi RE, našla uporabo v različnih aplikacijah, kot so telekomunikacije v prostem prostoru, telekomunikacije na osnovi vlaken, kvantno generiranje naključnih števil in analiza slik z visoko ločljivostjo. Vendar so bili doslej razviti enofotonski svetlobni viri z uporabo RE-dopiranih kristalnih materialov pri kriogenih temperaturah, kar omejuje praktično uporabo kvantnih omrežij, ki temeljijo na njih.

Za izdelavo optičnega vlakna, dopiranega z iterbijem, so raziskovalci zožili komercialno dostopno vlakno, dopirano z iterbijem, s tehniko segrevanja in vlečenja, kjer se del vlakna segreje in nato potegne z napetostjo, da se postopoma zmanjša njegov premer.

Znotraj koničastega vlakna posamezni atomi RE oddajajo fotone, ko jih vzbuja laser. Ločevanje teh atomov RE igra ključno vlogo pri določanju optičnih lastnosti vlakna. Na primer, če povprečna razdalja med posameznimi atomi RE preseže mejo optičnega uklona, ​​ki je določena z valovno dolžino oddanih fotonov, se zdi, da oddana svetloba teh atomov prihaja iz grozdov in ne iz različnih posameznih virov.

Za potrditev narave teh oddanih fotonov so raziskovalci uporabili analitično metodo, znano kot avtokorelacija, ki ocenjuje podobnost med signalom in njegovo zakasnjeno različico. Z analizo vzorca oddanih fotonov z uporabo avtokorelacije so raziskovalci opazili neresonančne emisije in dodatno pridobili dokaze o emisiji fotonov iz enega iterbijevega iona v dopiranem filtru.

Medtem ko je mogoče kakovost in količino oddanih fotonov še izboljšati, je razvito optično vlakno z atomi iterbija mogoče izdelati brez potrebe po dragih hladilnih sistemih. To premaga pomembno oviro in odpre vrata različnim kvantnim informacijskim tehnologijam naslednje generacije. »Demonstrirali smo poceni enofotonski vir svetlobe z izbiro valovne dolžine in brez potrebe po hladilnem sistemu. V prihodnje lahko omogoči različne kvantne informacijske tehnologije naslednje generacije, kot so pravi generatorji naključnih števil, kvantna komunikacija, kvantne logične operacije in analiza slik visoke ločljivosti onkraj meje uklona,« zaključuje dr. Sanaka.