Japonya'daki Araştırmacılar Oda Sıcaklığı Quantum Advance'ı Duyurdu – Yüksek Performanslı Bilgi İşlem Haber Analizi | içerideHPC

TUS'tan Doçent Mark Sadgrove ve Bay Kaito Shimizu ile Okinawa Bilim ve Teknoloji Enstitüsü Yüksek Lisans Üniversitesi'nden Profesör Kae Nemoto da bu çalışmanın bir parçasıydı. Yeni geliştirilen bu tek fotonlu ışık kaynağı, pahalı soğutma sistemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor ve kuantum ağlarını daha uygun maliyetli ve erişilebilir hale getirme potansiyeline sahip.

Tek foton yayıcılar kuantum ağlarındaki düğümler arasında kuantum bitlerini (veya kübitleri) mekanik olarak bağlar. Tipik olarak nadir toprak elementlerinin son derece düşük sıcaklıklarda optik fiberlere yerleştirilmesiyle yapılırlar. Şimdi, Tokyo Bilim Üniversitesi'nden Doçent Kaoru Sanaka liderliğindeki Japonya'dan araştırmacılar, oda sıcaklığında iterbiyum katkılı bir optik fiber geliştirdiler. Pahalı soğutma çözümlerine olan ihtiyacı ortadan kaldıran önerilen yöntem, fotonik kuantum uygulamaları için uygun maliyetli bir platform sunmaktadır.

Kuantum tabanlı sistemler, hesaplama ve iletişim sistemleri için daha hızlı bilgi işlem ve daha güçlü şifreleme vaat ediyor. Bu sistemler, kübitlerden ve dolaşmış foton çiftleri oluşturan tek foton üreteçlerinden oluşan birbirine bağlı düğümleri içeren fiber ağlar üzerine kurulabilir.

Bu bağlamda, katı hal malzemelerindeki nadir toprak (RE) atomları ve iyonları, tek foton üreteçleri olarak oldukça umut vericidir. Bu malzemeler fiber ağlarla uyumludur ve geniş bir dalga boyu aralığında fotonlar yayar. Geniş spektral aralıkları nedeniyle, bu RE elemanlarıyla katkılanmış optik fiberler, serbest uzay telekomünikasyonu, fiber tabanlı telekomünikasyon, kuantum rastgele sayı üretimi ve yüksek çözünürlüklü görüntü analizi gibi çeşitli uygulamalarda kullanım alanı bulabilir. Ancak şimdiye kadar, kriyojenik sıcaklıklarda RE katkılı kristal malzemeler kullanılarak tek fotonlu ışık kaynakları geliştirildi ve bu da bunlara dayalı kuantum ağlarının pratik uygulamalarını sınırlıyor.

İterbiyum katkılı optik fiberi üretmek için araştırmacılar, fiberin bir bölümünün ısıtıldığı ve daha sonra çapını kademeli olarak azaltmak için gerilimle çekildiği ısı ve çekme tekniğini kullanarak ticari olarak temin edilebilen iterbiyum katkılı fiberi konikleştirdiler.

Konik fiberin içindeki bireysel RE atomları, bir lazerle uyarıldığında fotonlar yayar. Bu RE atomları arasındaki ayrım, fiberin optik özelliklerinin tanımlanmasında çok önemli bir rol oynar. Örneğin, bireysel RE atomları arasındaki ortalama ayrım, yayılan fotonların dalga boyuyla belirlenen optik kırınım sınırını aşarsa, bu atomlardan yayılan ışık, ayrı ayrı kaynaklardan ziyade kümelerden geliyormuş gibi görünür.

Yayılan bu fotonların doğasını doğrulamak için araştırmacılar, bir sinyal ile onun gecikmeli versiyonu arasındaki benzerliği değerlendiren, otokorelasyon olarak bilinen analitik bir yöntem kullandılar. Araştırmacılar, otokorelasyon kullanarak yayılan foton desenini analiz ederek rezonans olmayan emisyonları gözlemlediler ve ayrıca katkılı filtredeki tek iterbiyum iyonundan foton emisyonuna dair kanıtlar elde ettiler.

Yayılan fotonların kalitesi ve miktarı daha da artırılabilirken, geliştirilen itterbiyum atomlu optik fiber, pahalı soğutma sistemlerine ihtiyaç duyulmadan üretilebiliyor. Bu, önemli bir engelin üstesinden geliyor ve çeşitli yeni nesil kuantum bilgi teknolojilerinin kapılarını açıyor. "Seçilebilir dalga boyuna sahip ve soğutma sistemine ihtiyaç duymayan, düşük maliyetli, tek fotonlu bir ışık kaynağı gösterdik. İleride, gerçek rastgele sayı üreteçleri, kuantum iletişimi, kuantum mantık işlemleri ve kırınım sınırının ötesinde yüksek çözünürlüklü görüntü analizi gibi çeşitli yeni nesil kuantum bilgi teknolojilerini mümkün kılabilir” diye bitiriyor Dr. Sanaka.