سنگل فوٹون بہت سی ابھرتی ہوئی کوانٹم ٹیکنالوجیز کی کلیدی بنیاد ہیں، لیکن کامل سنگل فوٹون ذریعہ بنانا مشکل ہے۔ یہ خاص طور پر اس وقت درست ہے جب کمپیکٹ سسٹم تیار کرنے کی کوشش کی جا رہی ہو جو احتیاط سے کنٹرول شدہ لیب ماحول سے باہر بغیر کسی بڑے ذیلی زیرو کولنگ انفراسٹرکچر کے کام کر سکے۔ آسٹریلیا میں سائنسدانوں نے اب اس چیلنج سے نمٹنے کے لیے ایک نیا ماخذ ڈیزائن تیار کیا ہے جو کمرے کے درجہ حرارت پر کام کرتے ہوئے فی سیکنڈ 10 ملین سے زیادہ سنگل فوٹون پیدا کر سکتا ہے۔
ایک کامل سنگل فوٹون ذریعہ صارف کو مطالبہ پر بالکل ایک خالص واحد فوٹوون فراہم کرے گا۔ حقیقی دنیا کے آلات میں اکثر ان مثالی خصوصیات کے درمیان تجارت ہوتی ہے جو اطلاق کے لحاظ سے مختلف ہوتی ہے۔ تازہ ترین کام میں، محققین کی قیادت میں ایگور اہرونووچ یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی، سڈنی نے اپنے سنگل فوٹون ماخذ کو ہیکساگونل بوران نائٹرائڈ (hBN) نامی 2D کرسٹل لائن مواد پر مبنی بنایا۔ کرسٹل کا جوہری ڈھانچہ نامکمل ہے، اور لیزر جیسے شدید ماخذ کی روشنی ان خامیوں، یا نقائص کا سبب بن سکتی ہے، یہاں تک کہ کمرے کے درجہ حرارت پر بھی ایک فوٹان کا اخراج ہو سکتا ہے۔
جمع کرنے کا ایک بہتر طریقہ
ان مواد کو استعمال کرتے وقت چیلنجوں میں سے ایک جمع کرنے کا طریقہ تیار کرنا ہے جو اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ تیار کردہ فوٹونز حقیقت میں قابل استعمال ہیں۔ Aharonovich اور ساتھیوں نے hBN مواد کے فلیکس کو براہ راست ایک چھوٹے ہیمسفریکل کلیکشن لینس پر جمع کر کے اس چیلنج کو حل کیا، جسے ٹھوس وسرجن لینس (SIL) کہا جاتا ہے۔
ان SILs کا قطر صرف 1 ملی میٹر ہے، جو ان سے نمٹنے کو ایک خاص تجرباتی چیلنج بناتا ہے۔ چمٹیوں سے لیس، محققین نے بڑی محنت کے ساتھ مربوط hBN-lens کو پورٹیبل کسٹم میڈ مائکروسکوپ سیٹ اپ میں رکھا (تصویر دیکھیں)۔ ایک احتیاط سے پوزیشن میں رکھا ہوا لیزر ذریعہ نمونے کو پرجوش کرتا ہے اور SIL خارج ہونے والے واحد فوٹون کو ایک ڈیٹیکٹر پر مرکوز کرتا ہے۔ ایک لینس کے ساتھ 2D مواد کو جوڑ کر، محققین نے پچھلے طریقوں کے مقابلے فوٹوون جمع کرنے کی کارکردگی میں چھ گنا بہتری کا مظاہرہ کیا۔ یہ دوسرے طریقے پیچیدہ نانوسکل انجینئرنگ کے عمل پر بھی انحصار کرتے ہیں، جو انہیں بڑے پیمانے پر روزمرہ کوانٹم کمیونیکیشن ایپلی کیشنز کے لیے کم موزوں بناتا ہے۔
محققین نے یہ ظاہر کیا کہ وہ جو واحد فوٹون بناتے ہیں وہ بہترین پاکیزگی کے حامل ہیں۔ یہاں پاکیزگی سے مراد متعدد فوٹوون کے بجائے ایک ہی فوٹون کے اخراج کا امکان ہے – ان ذرائع کے معیار کو جانچنے میں ایک اہم میٹرک۔ طویل مدتی ٹیسٹوں سے پتہ چلتا ہے کہ یہ نظام ایک مستحکم طریقے سے اعلیٰ پاکیزگی والے واحد فوٹون تیار کرتا ہے، جو کہ کوانٹم کی ڈسٹری بیوشن (QKD) جیسی ایپلی کیشنز میں تعیناتی کے لیے اس کے موزوں ہونے کی مزید تصدیق کرتا ہے۔ اس ایپلی کیشن میں، سنگل فوٹون کے بہتر ذرائع خفیہ نگاری کے پروٹوکول کی حفاظت کو بہتر بنا سکتے ہیں جن کا استعمال بغیر سگنل کے نقصان یا ایو ڈراپرز کے خطرے کے بغیر معلومات کی محفوظ ترسیل کو فعال کرنے کے لیے کیا جاتا ہے۔
اعلی ٹرانسمیشن کی شرح
ایک بار جب وہ جان گئے کہ ان کا سسٹم فی سیکنڈ کتنے فوٹون تیار کرتا ہے، محققین نے اندازہ لگایا کہ یہ ایک عملی QKD منظر نامے میں ایک وسیع پیمانے پر اختیار کردہ QKD پروٹوکول کا استعمال کرتے ہوئے کتنا موثر ہوگا جسے BB84 کہا جاتا ہے۔ وہ یہ ظاہر کرتے ہیں کہ یہ واحد فوٹون ذریعہ رداس میں 8 کلومیٹر کے ارد گرد کے علاقے میں اعلی ترسیل کی شرح کو برقرار رکھ سکتا ہے، جو شہر بھر میں QKD کوریج کی اجازت دے گا۔ اس حقیقت کے ساتھ مل کر کہ نظام کمرے کے درجہ حرارت پر کام کرتا ہے، یہ روزمرہ کے محفوظ کوانٹم کمیونیکیشن ایپلی کیشنز کے لیے سسٹم کی عملییت کو نمایاں کرتا ہے۔
سنگل فوٹون ڈٹیکٹر کو تجارتی بنانا، سائنس کمیونیکیشن میں کیریئر بنانا
کام کی مستقبل کی سمت پر تبصرہ کرتے ہوئے، ہیلن زینگاس پروجیکٹ پر کام کرنے والے محققین میں سے ایک کا کہنا ہے کہ، "ہم ان کوانٹم 2D مواد کو حقیقی دنیا کی ایپلی کیشنز میں شامل کرنے کی طرف اپنی توجہ مبذول کرنے کے لیے تیار ہیں جس کے بلاشبہ کوانٹم کمیونیکیشن کے میدان میں دور رس نتائج ہوں گے۔"
نیا سنگل فوٹون ماخذ میں بیان کیا گیا ہے۔ آپٹکس لیٹرز.
