Nền tảng của công nghệ truyền thông hiện tại được tạo thành từ sóng ánh sáng và âm thanh. Trong khi sóng âm kích thước nano trên chất bán dẫn xử lý tín hiệu ở tần số gigahertz để truyền không dây, sợi thủy tinh với ánh sáng laze tạo ra World Wide Web.
Một trong những câu hỏi cấp bách nhất cho tương lai là làm thế nào các công nghệ này có thể được mở rộng sang các hệ thống lượng tử để xây dựng hệ thống an toàn (tức là không cần chạm) truyền thông lượng tử mạng.
Lượng tử ánh sáng hay photon đóng một vai trò rất quan trọng trong việc phát triển các công nghệ lượng tử.
Một nhóm các nhà khoa học Đức và Tây Ban Nha từ Valencia, Münster, Augsburg, Berlin và Munich đã kiểm soát thành công từng lượng tử ánh sáng với độ chính xác cực cao. Nghiên cứu của họ sử dụng sóng âm thanh để chuyển đổi cá nhân photon trên một con chip giữa hai đầu ra ở tần số gigahertz.
Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học chứng minh một phương pháp mới có thể được sử dụng cho các công nghệ lượng tử âm thanh hoặc các mạng quang tử tích hợp phức tạp.
Nhà vật lý Giáo sư Hubert Krenner, người đứng đầu nghiên cứu tại Münster và Augsburg, cho biết, “Nhóm của chúng tôi hiện đã thành công trong việc tạo ra các photon riêng lẻ trên một con chip có kích thước bằng một hình thu nhỏ và sau đó điều khiển chúng với độ chính xác chưa từng có, được định thời chính xác bằng phương tiện sóng âm".
Tiến sĩ Mauricio de Lima, người nghiên cứu tại Đại học Valencia và điều phối công việc đang được thực hiện ở đó, cho biết thêm, “Nguyên tắc chức năng của con chip của chúng tôi đã được biết đến với ánh sáng laser thông thường, nhưng giờ đây, bằng cách sử dụng lượng tử ánh sáng, chúng tôi đã thành công trong việc tạo ra bước đột phá được mong đợi từ lâu đối với công nghệ lượng tử".
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học đã chế tạo một con chip có 'đường dẫn' phút cho lượng tử ánh sáng – cái gọi là ống dẫn sóng. Chúng mỏng hơn khoảng 30 lần so với tóc người. Con chip này cũng chứa các nguồn ánh sáng lượng tử, được gọi là chấm lượng tử.
Tiến sĩ Matthias Weiß từ Đại học Münster đã thực hiện các thí nghiệm quang học và nói thêm: “Những chấm lượng tử này, có kích thước chỉ vài nanomet, là những hòn đảo bên trong các ống dẫn sóng phát ra ánh sáng dưới dạng các photon riêng lẻ. Các chấm lượng tử được bao gồm trong chip của chúng tôi, vì vậy chúng tôi không phải sử dụng các phương pháp phức tạp để tạo ra các photon riêng lẻ bằng một nguồn khác.”
Tiến sĩ Dominik Bühler, người đã thiết kế chip lượng tử như một phần của bằng tiến sĩ của mình. tại Đại học Valencia, chỉ ra tốc độ của công nghệ: “Bằng cách sử dụng sóng âm kích thước nano, chúng tôi có thể chuyển đổi trực tiếp các photon trên chip qua lại giữa hai đầu ra với tốc độ chưa từng thấy trong quá trình lan truyền của chúng trong các ống dẫn sóng.”
Tiến sĩ Mauricio de Lima, với tầm nhìn về tương lai, cho biết, “Chúng tôi đang nỗ lực hết sức để cải thiện con chip của mình để chúng tôi có thể lập trình trạng thái lượng tử của các photon theo ý muốn hoặc thậm chí điều khiển một số photon với các màu khác nhau giữa bốn hoặc nhiều đầu ra.”
Giáo sư Hubert Krenner thêm, “Chúng tôi được hưởng lợi ở đây từ sức mạnh độc đáo mà sóng âm kích thước nano của chúng tôi có: vì những sóng này lan truyền hầu như không bị mất mát trên bề mặt chip, chúng tôi có thể điều khiển gọn gàng gần như bao nhiêu ống dẫn sóng tùy thích chỉ với một sóng duy nhất – và đến một bước sóng cực kỳ quan trọng. độ chính xác cao.”
Tài liệu tham khảo Tạp chí:
- 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): Thế hệ on-chip và tính năng động sự quay cơ học áp điện của các photon đơn lẻ. Truyền thông tự nhiên 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
