Osnovo trenutne komunikacijske tehnologije sestavljajo svetlobni in zvočni valovi. Medtem ko nanometrski zvočni valovi na polprevodnikih obdelujejo signale pri frekvencah gigahercev za brezžični prenos, steklena vlakna z lasersko svetlobo ustvarjajo svetovni splet.
Eno najbolj perečih vprašanj za prihodnost je, kako je mogoče te tehnologije razširiti na kvantne sisteme za izgradnjo varnih (tj. brez dotika) kvantna komunikacija omrežij.
Svetlobni kvanti ali fotoni imajo zelo osrednjo vlogo pri razvoju kvantnih tehnologij.
Skupina nemških in španskih znanstvenikov iz Valencie, Münstra, Augsburga, Berlina in Münchna je uspešno nadzirala posamezne kvante svetlobe z izjemno visoko stopnjo natančnosti. Njihova študija uporablja zvočni val za preklop posameznika fotoni na čipu med dvema izhodoma na gigaherčnih frekvencah.
To je prvič, da so znanstveniki pokazali novo metodo, ki jo je mogoče uporabiti za akustične kvantne tehnologije ali kompleksna integrirana fotonska omrežja.
Fizik prof. Hubert Krenner, ki vodi študijo v Münster in Augsburg, rekel, »Naši ekipi je zdaj uspelo ustvariti posamezne fotone na čipu v velikosti sličice in jih nato nadzorovati z izjemno natančnostjo, natančno umerjeno s pomočjo zvočni valovi«.
Dr. Mauricio de Lima, ki raziskuje na Univerzi v Valencii in koordinira tamkajšnje delo, dodaja, »Načelo delovanja našega čipa nam je bilo znano glede običajne laserske svetlobe, zdaj pa nam je z uporabo svetlobnih kvantov uspel dolgo želeni preboj v kvantne tehnologije«.
V študiji so znanstveniki izdelali čip z majhnimi 'prevodnimi potmi' za kvante svetlobe – tako imenovane valovode. Ti so približno 30-krat tanjši od človeških las. Čip vsebuje tudi kvantne vire svetlobe, t.i kvantne pike.
Dr. Matthias Weiß z Univerze v Münstru je izvedel optične poskuse in dodal: "Te kvantne pike, velike le nekaj nanometrov, so otoki znotraj valovodov, ki oddajajo light kot posamezni fotoni. Kvantne pike so vključene v naš čip, zato nam ni treba uporabljati zapletenih metod za ustvarjanje posameznih fotonov s pomočjo drugega vira.«
Dr. Dominik Bühler, ki je zasnoval kvantne čipe kot del svojega doktorata. na Univerzi v Valencii poudarja, kako hitra je tehnologija: "Z uporabo zvočnih valov v nanometru lahko neposredno preklapljamo fotone na čipu naprej in nazaj med dvema izhodoma z izjemno hitrostjo med njihovim širjenjem v valovodih."
Dr. Mauricio de Lima je s pogledom v prihodnost dejal: "Že delamo ravno na izboljšavi našega čipa, tako da lahko programiramo kvantno stanje fotonov, kot želimo, ali celo nadzorujemo več fotonov z različnimi barvami med štirimi ali več izhodi."
Hubert Krenner Dodaja, »Tukaj imamo koristi od edinstvene moči, ki jo imajo naši zvočni valovi v nanometru: ker se ti valovi širijo skoraj brez izgub na površini čipa, lahko z enim samim valom natančno nadzorujemo skoraj toliko valovodov, kot jih želimo – in do izjemno visoka stopnja natančnosti."
Reference revije:
- 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): Generiranje na čipu in dinamika piezo-optomehanska rotacija posameznih fotonov. Nature Communications 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
